DIN 7190 Umsetzung mit Ansys bei einem Pressverband eines Stirnradgetriebes
Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: StrukturmechanikGetriebehersteller Stiebel erbringt DIN 7190 gerechte Auslegung und Nachweis zur Verbindung von Welle und Zahnrad mittels Querpressverband mit Ansys FE-Analyse.
Zusammenfassung
Aufgabe
Welle und Zahnrad eines Stirnradgetriebes sind mittels eines Querpressverbandes durch Reibschluss verbunden. Die DIN 7190 gibt wertvolle Hinweise zur Gestaltung und Auslegung derartiger Pressverbände. Mittels FEM soll der realen Geometrie der Nabe (Zahnrad) und den komplexen Pressungsverhältnissen Rechnung getragen werden.
Lösung
Der durch die DIN 7190 vorgezeichnete Weg der Nachweisführung stellt die Ausgangsbasis für die Wahl der Lastfälle und Analyseparameter für die FE-Analyse in Ansys dar.
Kundennutzen
Die geeignete Kombination von FE-Analyse und Regelwerk erlaubt die sichere Auslegung und Nachweisführung für Wellen und Pressverbände.
Welle und Zahnrad eines Stirnradgetriebes sind mittels eines Querpressverbandes durch Reibschluss verbunden. Die DIN 7190 gibt wertvolle Hinweise zur Gestaltung und Auslegung derartiger Pressverbände, allerdings werden vereinfachte geometrische Verhältnisse für die analytische Berechnung vorausgesetzt. Mittels FEM soll der realen Geometrie der Nabe (Zahnrad) und den komplexen Pressungsverhältnissen Rechnung getragen werden. Ferner ist die Kerbbeanspruchung in den Wellenabsätzen detailliert zu berechnen und mittels FKM-Richtlinie hinsichtlich Festigkeit statisch und dauerfest zu bewerten.
Die geeignete Kombination von FE-Analyse und Regelwerk erlaubt die sichere Auslegung und Nachweisführung für Wellen und Pressverbände. Neben der rein elastischen Auslegung erlaubt die DIN 7190 auch eine begrenzte Plastifizierung des Nabenquerschnitts, die mittels nichtlinearer FE-Analyse quantifizierbar ist.
Der durch die DIN 7190 vorgezeichnete Weg der Nachweisführung stellt die Ausgangsbasis für die Wahl der Lastfälle und Analyseparameter für die FE-Analyse dar. Folgende Szenarien wurden analysiert:
• Festigkeitsnachweis (statisch und dauerfest) für die Welle: Einsatz der Submodel-Technik in ANSYS um quasi mit „Lupenfunktion“ an einem verfeinerten Netzausschnitt die Kerbspannungsdetails für die FKM-Bewertung genau erfassen zu können.
• Erforderliche Abkühlung bzw. Erwärmung von Welle bzw. Nabe für die Erreichung des notwendigen Fügespiels bei der Montage.
• Berechnung des Pressverbands: besonderes Augenmerk ist hierbei auf die möglichst genaue Berechnung der nichtlinearen Kontaktverhältnisse in der Fuge zu legen.
Bevorzugte ANSYS-Option für diesen Zweck ist der sog. Pure-Lagrange-Kontakt, der den Pressdruck in der Fuge äußerst präzise erfasst. Das sich aus der Passung ergebende minimale Übermaß sowie die Rauhigkeit und der Haftbeiwert der Reibpaarung bestimmen die Höhe dieser Druckverteilung. Daraus ergibt sich das maximal übertragbare Drehmoment.
