Erarbeitung und Absicherung der theoretischen Grundlagen zur Auslegung von Exzenter-Zykloiden-Verzahnungen
Forschungsthema
| Kurztitel | Exzenter-Zykloiden-Verzahnung |
| Projektbeginn | Q1/2019 |
| Förderung | FVA-Nr. 864/I, IGF-Nr. 20549 N/2 Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, BMWK |
| Kontakt | Dr.-Ing. M. Otto |
Projektbeschreibung
Im Forschungsvorhaben wurde eine parameterbasierte Geometriebeschreibung der Exzenter-Zykloiden-Verzahnung entwickelt. Die analytische Beschreibung der Flanken- und Fußgeometrie von Kreis- und Zykloidenrad wird detailliert untersucht. Die dabei verwendete spielbehaftete Beschreibung wurde für eine EZ-Verzahnung entwickelt, welche in allen Berührpunkten das Verzahnungsgesetz erfüllt. Das Spiel wurde hierbei sowohl auf den Bereich zwischen Zahnkopf- und -fuß als auch zwischen den Eingriffsbereichen der Flanken angewandt. Die Geometriebeschreibung wurde derart gestaltet, dass eine weitgehend unabhängige Umsetzung der Links- und Rechtsflanken möglich ist. Abschließend zur Analyse der Geometrie wurde ein vollständiger Satz an notwendigen Parametern zur Beschreibung der EZ-Verzahnung identifiziert.
Die entwickelte Flankengeometrie der EZ-Verzahnung wurde zur Ableitung von praxistauglichen Kennwerten für verschiedene Verzahnungseigenschaften der Zahnradpaarung verwendet. Die betrachteten Kenngrößen sind die Geometrie der Eingriffslinie, der Stirneingriffswinkel, der Krümmungsradius, die Gleitgeschwindigkeit, die Überdeckung und die Berührlinienlänge. Zur Einordnung der Geometrie und der Bewertung der Eigenschaften der EZ-Verzahnungen wurden Vergleiche zu Verzahnungen und Getrieben gezogen, welche bereits in der Literatur beschrieben sind. Die verglichenen Verzahnungen und Getriebe wurden nach bestimmten Kriterien klassifiziert. Zur weiteren Verwendung der EZ-Verzahnung wurden Volumenmodelle mithilfe des Konverterprogramms nach FVA 604/II erzeugt. Die so erzeugten Modelle wurden exemplarisch in einer FE-Kontaktberechnung untersucht. Insgesamt konnte damit die Anwendbarkeit der Geometriebeschreibung der EZ-Verzahnung gezeigt werden.
Im Forschungsvorhaben wurde die Entwicklung einer Auslegungsstrategie hinsichtlich verschiedener Gesichtspunkte betrachtet. Zur Vordimensionierung der Makrogeometrie wurde die parameterbasierte Geometriebeschreibung und die daraus abgeleiteten Kennwerte verwendet. Es wurden dabei folgende Schritte umgesetzt:
- Randbedingungen berücksichtigen
- Allgemeine Parameter festlegen
- Parameter für das Kreisrad festlegen
- Geometrie von Ritzel und Rad justieren
- Lastfreie Kennwerte der Auslegungsberechnung prüfen
Die Validierung des Drehübertragungsverhaltens der EZ-Verzahnung erfolgte auf dem Dynamikprüfstand der FZG mit einem Achsabstand von 140 mm. Die hierfür gefertigte Verzahnung wurde mit den im Forschungsvorhaben entwickelten Methoden entwickelt. Die lastfreien Eigenschaften der verwendeten Verzahnung wurden anhand verschiedener Parameter analysiert. Die getestete Verzahnung zeigte eine hohe Fertigungsgenauigkeit beider Zahnräder. Die Messergebnisse des Dynamikprüfstands wiesen insgesamt die Lauf- und Funktionsfähigkeit der EZ-Verzahnung nach.
