Schneckenverzahnungssteifigkeit
FVA 930 I | IGF-Nr. 21768 N
Ableitung einer normfähigen Berechnung der Schneckenverzahnungssteifigkeit
Die Steifigkeit von Schneckenverzahnungen ist eine wichtige Größe, wenn es um das dynamische Verhalten oder die Präzision eines Stellgetriebes geht. Bislang waren Getriebeversuche oder Berechnungen mit komplexeren Methoden wie der Finiten Elemente Methode notwendig, um die Steifigkeit zu ermitteln. Im Gegensatz zu der genormten Steifigkeitsberechnung für Stirnradpaarungen nach DIN 3990 existierten für Schneckenverzahnungen keine einfach zu verwendenden Berechnungsmethoden. Damit waren eine steifigkeitsgerechte Auslegung oder Optimierung des Getriebes bisher nur mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand möglich.
Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, Methoden zu schaffen, mit denen sich die Verzahnungssteifigkeit zuverlässig abschätzen lässt. Hierfür wurde in einem ersten Schritt ein semi-analytisches Berechnungsmodell für die Lastverteilung und Verformungen von Schneckenverzahnungen entwickelt, welches auf der Methode der Verformungseinflusszahlen beruht. Mit diesem Modell wurde eine Parameterstudie mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Verzahnungen durchgeführt, um eine breite Datenbasis für die Entwicklung der analytischen Näherungsmethode zu gewinnen. Anhand der Daten wurde in einer Sensitivitätsanalyse die Bedeutung einzelner Verzahnungsparameter herausgestellt. Zur Entwicklung der vereinfachten Berechnungsmethoden wurde die Schneckenverzahnung in einzelne Bestandteile wie Schneckenzahn und Schneckenwelle zerlegt und individuell ein Berechnungsansatz für die Nachgiebigkeit hergeleitet. Ausgangspunkt hierfür waren Ersatzmodelle aus dem Bereich der technischen Mechanik. Die sich durch Überlagerung der Nachgiebigkeiten ergebende Gesamtsteifigkeit wurde zum einen den Daten der Simulationsstudie gegenübergestellt. Weiterhin wurden experimentelle Untersuchungen an Schneckenverzahnungen durchgeführt, um die rechnerischen Steifigkeiten durch Messungen zu bestätigen.
Mit Abschluss des Vorhabens steht nun eine normfähige Berechnungsmethode für die Steifigkeit von Schneckenverzahnungen zur Verfügung. Zusammen mit einer einfachen Handhabung wird damit ermöglicht, bei der Auslegung von Schneckengetrieben zukünftig auch ohne großen Mehraufwand die Steifigkeit mitzuberücksichtigen.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 21768 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
