Abbildung der Zahnflankenbeanspruchung durch ein Analogiekonzept zur Erzeugung der Schadensart Zahnflankenbruch

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Konzeptes zur Untersuchung der Schadensart Zahnflankenbruch im Analogieversuch. Die Arbeiten basieren auf dem am WZL entwickelten Prüfkonzept des Doppelpulsators. Da Zahnflankenbrüche bevorzugt bei großmoduligen Verzahnungen auftreten, welche nicht wirtschaftlich mit Hilfe des Zwei-Wellen-Verspannungsprüfstandes untersucht werden können, besteht ein großes Potenzial bei der Untersuchung dieser Schadensart im Analogieversuch. Das Ziel dieser Arbeit ist eine Optimierungsmethode zur Ermittlung von Pulsatorkraft-Zeitverläufe, mit Hilfe derer ein äquivalenter Beanspruchungszustand zwischen Lauf- und Analogieversuch bei großmoduligen Gerad- und Schrägverzahnungen erzeugt werden kann. Zur Zielerreichung wird ein Simulationsmodell einer zahnflankenbruchkritischen Schrägverzahnung aus dem Bereich der Windenergie erstellt. Gleichzeitig wird eine Methode entwickelt, die die Pulsatorkraft-Zeitverläufe beider Aktuatoren iterativ optimiert, sodass eine größtmögliche Korrelation der Spannungstensoren zwischen Lauf- und Analogieversuch erzeugt wird. Weiterhin wird eine Variationsrechnung zur Ermittlung der optimalen Primäraktuatorposition durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass ein vergleichbarer Beanspruchungszustand durch eine Verschiebung des Aktuators erzielt werden kann. Weiterhin kann gezeigt werden, dass der resultierende Beanspruchungszustand im zahnflankenbruchkritischen Bereich des Zahnvolumens mit dem vorgestellten Analogiekonzept abgebildet werden kann.

Abstract

The present paper deals with the development of a concept for the investigation of the damage pattern tooth flank fracture in an analogy test. The basis for the investigations is an analogy concept developed at WZL in the form of a double pulsator. Since tooth flank fractures occur in particular on large-modulus gears, which cannot be economically investigated using the back-to-back test rig, there is high potential for investigating this damage pattern using an analogy test. The aim of this work is a method for the optimization of the pulsator-load sequences to generate an equivalent stress state between analogy and running test for large-modulus spur and helical gears. For this purpose, a simulation model of a tooth flank fracture critical helical gear from a wind turbine is built up. Simultaniously, a method is being developed which optimizes the pulsator loads at the primary and secondary actuator iteratively so that the highest possible correlation of the stresses between analogy test and running test can be achieved. In addition, a variation calculation is performed for determining the optimal position of the primary actuator. The results show that comparable stress-tensor sequences can be achieved by an optimized positioning of the actuators. It can be shown that the resulting stress condition in the tooth flank fracture critical area of the volume range can be represented by the analogy test.