Consideration of solid particles in a gear lapping simulation

Abstract

Gear lapping is a highly productive method of hard finishing hypoid gears for appliances with high demands regarding transmission noise. The absence of a solid tool, however, makes the prediction of the resulting topology difficult. Thus, the design of a lapping program resulting in a desirable topology is a matter of personal experience and empirical efforts.

In this paper, a simulation of the local surface wear produced by lapping bevel and hypoid gears is extended to incorporate the influence of the abrasive particles on the local distribution of flank pressure and wear depth. High-resolution experimental investigations of lapped tooth flanks are used to validate the accuracy of the current simulation method and deduce possible improvements. Finally, two methods to integrate the simulation in a production-driven gear design process are proposed.

Zusammenfassung

Das Läppen von Kegel- und Hypoidverzahnungen stellt ein hochproduktives Verfahren zur Hartfeinbearbeitung dar. Es wird insbesondere bei hohen Ansprüchen an das Lauf- und Geräuschverhalten eingesetzt, wie sie beispielsweise die Automobilindustrie stellt. Das spanende Verfahren mit losem Korn und daher unbestimmter Schneidbahn erschwert jedoch die Vorhersage der resultierenden Mikrogeometrie. Die Erstellung von Läppprogrammen ist daher bislang geprägt von Versuchen und der persönlichen Erfahrung einzelner Mitarbeiter.

Beim Verzahnungsläppen haben die im Zahnkontakt befindlichen abrasiven Partikel einen wesentlichen Einfluss auf die Lastverteilung der kontaktierenden Flanken und damit auf die im Läppprozess erzielte Abtragsverteilung. In diesem Beitrag wird eine Simulation des lokalen Läppabtrags um diesen Einfluss erweitert. Hochauflösende taktile Abtragsmessungen dienen zur Untersuchung der relevanten Einflussgrößen und der Validierung der Simulation. Darüber hinaus werden zwei mögliche Wege zur Anwendung einer Läppsimulation innerhalb des Auslegungsprozesses von Kegelradverzahnungen vorgeschlagen.