Aufrufe
vor 5 Jahren

DER KONSTRUKTEUR 4/2019

DER KONSTRUKTEUR 4/2019

SOFTWARE & PROTOTYPING

SOFTWARE & PROTOTYPING KEGELRADDESIGN – DIE HERSTELLUNG IM AUGE Halle 25, Stand G19 PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Die Auslegung und Optimierung von Kegelund Hypoidrädern ist wesentlich stärker mit der Herstellung verknüpft als bei Stirnrädern. Bei Stirnrädern ist die Festigkeitsrechnung grundsätzlich ohne detaillierte Kenntnisse der angewendeten Herstellmethode möglich, weil die Flankentopologie aufgrund der verschiedenen Herstellverfahren nicht unterschiedlich ausfällt. Bei Kegelrädern hingegen muss die Herstellung schon während der Auslegung geprüft werden. In der Kegelradauslegung werden die Prozesse der Entwicklung und Fertigung häufig getrennt behandelt. Die Lieferanten der Kegelräder werden meist erst sehr spät involviert, manchmal sogar erst in der Einkaufsphase. Um bei der Lieferantenauswahl flexibel zu sein, werden teilweise auch Änderungen beim Fertigungsverfahren „Face Hobbing“ und „Face Milling“ sowie bei der Messerkopfgröße in Kauf genommen. Dies bedeutet, dass sich die Abmessungen und Festigkeiten deutlich ändern können. Autor: Dipl. Ing. Jürg Langhart, KISSsoft AG, Bubikon, Schweiz Die Optimierung von Kegelrädern wird mit der Kontaktanalyse durchgeführt. Dazu wird die Flankentopologie aus der Herstellsimulation mit den Maschineneinstellungen und der Werkzeuggeometrie verwendet. Einen maßgeblichen Einfluss auf die Kontaktanalyse haben auch die Verlagerungen von Ritzel und Tellerrad. Diese werden im Antriebsstrang ermittelt und sind von den Komponenten Wellen, Lager und Gehäuse abhängig. Um den Prozess durchgängiger zu machen, haben Kisssoft und Gleason eine neue Integration der Auslegungsberechnung und Herstellsimulation etabliert. Wie kann das Zusammenspiel der beiden Berechnungsansätze einfach und effizient gestaltet werden? INDUSTRIEGETRIEBE ALS PRAKTISCHES BEISPIEL Als praktisches Beispiel dient ein Industriegetriebe mit einem 3-stufigen Kegel-Stirnrad-Planetengetriebe mit einer Gesamtübersetzung von 1:28 und einem Abtriebsmoment von ca. 100 000 Nm. Für die Kegelradstufe beträgt das Antriebsmoment am Ritzel 3 500 Nm und die Drehzahl 1 450 min -1 . Die Übersetzung des Kegelradsatzes beträgt 1,85, der verwendete Werkstoff ist einsatzgehärteter Stahl. Als Fertigungsverfahren wird das Face Milling gewählt, die Hartfeinbearbeitung ist Schleifen. Die erste Auslegung des Kegelradsatzes erfolgt mit einer Berechnung nach ISO 10300. Die Soll-Sicherheiten werden mit 1,4 für die Fussfestigkeit und 1,2 für die Grübchenbildung festgelegt. Für die effektive Tragbildlänge wird ein Faktor b/b eff = 0,92 verwendet. Wie üblich bei Industriegetrieben, wird für die Lastverteilung eine große Höhenballigkeit gewählt. Der Anwendungsfaktor K A beträgt 1,25, der Montagefaktor K Hβ-be 1,1. Ritzel und Tellerrad werden im wälzenden Verfahren gefertigt, weil das Übersetzungsverhältnis 56 DER KONSTRUKTEUR 4/2019

Ready for Industrie 4.0 01 Industriegetriebe mit Kegelradstufe Fußfestigkeit und die Grübchenbildung ausgesucht. Weitere Parameter wie Lagerkräfte, Wirkungsgrad, Sprungüberdeckung und viele mehr stehen ebenfalls zur Verfügung. Als beste Auslegung wird ein Kegelradsatz mit 20:36 Zähnen und einem Spiralwinkel von 32° gewählt. DIE SCHNITTSTELLE ZWISCHEN GETRIEBEAUSLEGUNGS- UND FERTIGUNGSPROGRAMM HILFT, DEN KEGELRAD- ENTWICKLUNGSPROZESS ZU BESCHLEUNIGEN ControlPlex ® System CPC20 Intelligente DC 24 V-Absicherung Schützt Ihre DC 24 V-Stromversorgung vor Überlast und Kurzschluss. Ihr Nutzen: l Maximiert Ihre Anlagenverfügbarkeit - durch umfangreiche Diagnosefunktionen l Erhöhtden Schutz vor Spannungseinbrüchen - durch selektive Absicherung der Verbraucher kleiner als 2,5 ist. Der vorläufige Fussradiusfaktor ρ* beträgt 0,25. Bereits bei der ersten Auslegung wird ein vernünftiger Vorschlag generiert, der auf den Konstruktionsparametern von Spiralwinkel = 30°, der äußeren Teilkegellänge zur Zahnbreite R e/b = 3, sowie der Zahnbreite zum Normalmodul b/m n = 8 basiert. Der Kegelradsatz hat die Zähnezahlen 17:31 und einen Außendurchmesser von 380 mm. Der Messerkopfdurchmesser wird in Kisssoft entsprechend den Empfehlungen der Literatur mit 16" festgelegt. Um die beste Makrogeometrie zu erhalten, wird der Kegelradsatz mithilfe der Feinauslegungsfunktion von Kisssoft analysiert. Dieser Schritt ist wichtig, weil grundsätzlich alle Konstruktionsparameter hinterfragt werden sollen, wie Zähnezahl, Spiralwinkel und Eingriffswinkel. In diesem Fall soll zusätzlich der äußere Teilkreisdurchmesser des Tellerrads reduziert werden, um den kleinstmöglichen Bauraum zu erhalten. Für Hypoidräder könnte zusätzlich der Ritzel-Achsversatz verändert werden. Das ergibt, je nach Schrittweite der Variierung, mehrere tausend Lösungen, welche von Hand nicht in einer praktikablen Zeit gerechnet werden können. Die Feinauslegung berechnet innerhalb kürzester Zeit über 15 000 Varianten und nimmt eine erste automatische Filterung der Resultate vor. Dazu gehört z. B. die Vorgabe der äußeren Teilkegellänge zur Zahnbreite R e/b = 3, womit Probleme bei der Fertigung und Eingriffsstörungen beim Abrollen vermieden werden. Zudem werden auch nur Lösungen behalten, welche die Sollsicherheiten erreichen. Die verbleibenden 500 Lösungen lassen sich in der Ergebnisliste und dem Grafikfenster anzeigen. Die Grafikansicht erlaubt eine Auswertung der Varianten im Hinblick auf drei verschiedene Kriterien. Als typische Auswertungsparameter werden beispielsweise die Sicherheiten für die Dieser Radsatz weist einen reduzierten Aussendurchmesser am Tellerrad von 350 mm auf, was für die Gesamtabmessungen des Getriebes von Vorteil ist. Für die Analyse der Fußlücke und der Messerkopfgröße wird anschließend die Fertigungssoftware Gems von Gleason verwendet. Somit können die Werkzeug-Kopfrundungsradien für Ritzel und Tellerrad definiert und mittels dieser Angaben die Festigkeitsrechnung gemäß Norm abgeschlossen werden. l Steigert die Flexibilität Ihrer Anlagenplanung - durchmodulares Sockelsystem facebook.com/eta.germany Besuchen Sie uns auf der Hannover-Messe vom 01.–05. April 2019 Halle 11, Stand A69 02 Tragbilder für Zug (links) und Schub (rechts) bei Nennlast www.e-t-a.de