Kegelradnormprogramm – KNplus

Erweiterte Berücksichtigung der Geometrie in Tragfähigkeitsberechnungsverfahren der Normmethode B für Kegelrad- und Hypoidgetriebe

KNplus ist ein Kegelradnormprogramm, welches in der Industrie zur Verzahnungsauslegung von Kegelrad- und Hypoidverzahnungen auf Basis der Makrogeometrie sowie in Freigabe- und Abnahmeprozessen weit verbreitet ist. Im Rahmen des Forschungsvorhabens FVA 49 XV wurden die folgenden Themen untersucht:

• Einfluss der Höhenballigkeit auf die Flankenpressung bestimmt nach ISO 10300
• Einfluss des Spiralwinkels βm auf die Flankenpressung ist nach ISO 10300 bestimmt
• Identifizierung der Ursachen für die teils deutlichen Unterschiede in standardisierten Berechnungsmethoden verschiedener Normungsgesellschaften zur Tragfähigkeitsbestimmung von Kegelradverzahnungen

Untersuchungen im Rahmen des Vorgängervorhabens FVA 49 XIV zeigen, dass das Berechnungsverfahren der Normmethode B der ISO 10300-2:2014 den Einfluss der Höhenballigkeit auf die maßgebliche Flankenpressung nicht in ausreichendem Maße wiedergeben kann. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde mittels umfangreicher theoretischer Untersuchungen der Höhenballigkeitsfaktor ZHB entwickelt, um den Einfluss der Höhenballigkeit auf die Zahnflankenpressung innerhalb der ISO 10300 (Ausgabe 2014) beziehungsweise der überarbeiteten Berechnungsmethode der ISO 10300 (Ausgabe 2023) abzubilden.

Eine weitere Modifikation des Berechnungsverfahrens der ISO 10300-2:2014 von Kegel- und Hypoidverzahnungen wurde erarbeitet, um den Einfluss des Spiralwinkels βm1,2 auf die berechnete Zahnflankenpressung und folglich auch auf die Grübchentragfähigkeit zu berücksichtigen. Im Widerspruch zu Erfahrungen aus der Praxis nimmt die Grübchentragfähigkeit nach der ISO 10300-2:2014 mit steigendem Spiralwinkel βm ab. Basierend auf umfangreichen theoretischen Untersuchungen wurden folgende Empfehlungen für die Anwendung und Modifikation der ISO 10300-2:2014 zur Berücksichtigung des Einflusses des Spiralwinkels βm auf die Zahnflankenpressung σH erarbeitet:

• Falls vorhanden: Anwendung der effektiven Zahnbreite berechnet mittels ZKAL
• Verwendung des auf einen Spiralwinkel von β = 33° normierten Schrägenfaktors Zβ nach ISO 10300-2:2001 bei gleichzeitiger Vernachlässigung des Kegelradfaktors ZK und Anwendung des Kegelradfaktors ZKP nach ISO 10300-2:2023

Im Rahmen der Anwendung von standardisierten Berechnungsmethoden verschiedener Normungsgesellschaften zur Tragfähigkeitsbestimmung von Kegelradverzahnungen treten teils deutliche Unterschiede in den Berechnungsergebnissen auf. Daher wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens FVA 49 XV eine Berechnungsstudie zur Identifikation der Ursachen für die Unterschiede in der Grübchen-, Zahnfußbruch- und Fresstragfähigkeit verschiedener standardisierter Berechnungsmethoden durchgeführt. Die identifizierten Unterschiede und Ursachen sind im Abschlussbericht ausführlich diskutiert. Zur Durchführung der Berechnungsstudie wurde der Funktionsumfang von KNplus um die Berechnungsmethoden der ISO/TS 10300 20:2021 zur Fresstragfähigkeit von Kegelrad- und Hypoidgetrieben sowie um die Berechnungsmethode der ANSI/AGMA 2003-D19 erweitert. Damit sind in der im Rahmen des Forschungsvorhabens FVA 49 XV veröffentlichten Version KNplus 5.1 insgesamt 31 Berechnungsmethoden implementiert und können von den Anwendenden über die FVA-Workbench oder im Batch-Betrieb angesteuert werden.

Das Projekt 49 XV der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über Eigenmittel finanziert.