Neue Berechnungsmethode für die Bestimmung auftretender Zahnfußspannungen in evolventischen flankenzentrierten Zahnwellenverbindungen

• Published in: Forschung im Ingenieurwesen Vol. 87; no. 4; pp. 1231 - 1247
• Main Authors: Spura, Christian, Pantke, Klaus
• Format: Journal Article
• Language: German
• Published: Berlin/Heidelberg Springer Berlin Heidelberg 01.12.2023; Springer Nature B.V
• Subjects: Engineering; Mechanical Engineering; Originalarbeiten/Originals
• ISSN: 0015-7899; 1434-0860
• DOI: 10.1007/s10010-023-00687-2

Zusammenfassung Zur Übertragung hoher Drehmomente wird in der Antriebstechnik am häufigsten die Zahnwellenverbindung eingesetzt. Bezeichnende Einsatzgebiete sind der Gelenkwellen- und Getriebebau, die Lenkungstechnik sowie die Koppelung unterschiedlicher Antriebseinheiten, wie z. B. Motor und Getriebe. Infolge der geometrischen Form kommt es bei Belastung zu einem flächenförmigen Zahnflankenkontakt zwischen Wellen- und Nabenverzahnung. Als lebensdauerbeeinflussende und für die konstruktive Auslegung wichtigste Parameter sind u. a. die Zahnflankenpressung und die Zahnfußspannungen zu nennen. Die Berechnung der auftretenden Zahnfußspannungen war und ist Gegenstand gängiger Literatur. In diesem Beitrag wird die Zahnfußspannung für Zahnwellen nach DIN 5480 mit ihren geometrischen Größen mithilfe der Finite-Elemente-Simulation untersucht. Anschließend wird auf Basis der Simulationsergebnisse eine Berechnungsmethode mittels Einflusszahlen abgeleitet und mit experimentellen Versuchsergebnissen aus der gängigen Literatur abgeglichen. Die abgeleitete Berechnungsmethode enthält Analogien der aus dem Bereich der Laufverzahnungen bekannten Zahnfußspannungsberechnung nach ISO 6336‑3 Methode C. Die berechneten Zahnfußspannungen führen im Allgemeinen zu geringfügig höheren Zahnfußspannungen und liegen damit auf der sicheren Seite. Die Berechnungsmethode ist somit ohne großen Aufwand direkt für die praktische Anwendung einsetzbar und kann im Weiteren für den Einzug in eine Berechnungsrichtlinie genutzt werden.