Berechnungsprogramm Auslegung und Berechnung von Getrieben mit KISSsys

Um dem Ingenieur während der Auslegung von Getrieben und Antriebssträngen die notwendigen Informationen an die Hand zu geben, wird in KISSsys ein Systemansatz verfolgt. Somit ist es leicht möglich, die Auswirkungen jeder Änderung eines Parameters im gesamten System zu verfolgen.

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SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

WITTENSTEIN SE

GWJ Technology GmbH

Bei der Konstruktion von Getrieben und Antriebssträngen sollte eine möglichst ausgewogene Auslegung der einzelnen Bauteile erfolgen. Vor allem die Zahnräder und die Lager sollten die gleiche Lebensdauer erreichen. Da das schwächste Element die Systemlebensdauer bestimmt, kostet eine stärkere Auslegung aller anderen Bauteile nur unnötig Geld und bringt zusätzliches Gewicht.

Durch die oft gegebenen Abhängigkeiten der Elemente untereinander ist eine Balance aber gar nicht so einfach herzustellen. So kann die Änderung eines Schrägungswinkels in einer Zahnradstufe starken Einfluss auf die Lebensdauer der Wälzlager auf der zugehörigen Welle haben. Oder anders herum eine mehr oder weniger steif ausgelegte Lagerung erheblich das Lastbild und damit auch die Lebensdauer der Zahnräder beeinflussen.

Der Konstrukteur sieht was läuft

Um dem Ingenieur während der Auslegung die notwendigen Informationen an die Hand zu geben, wird in KISSsys ein Systemansatz verfolgt. Somit ist es leicht möglich, die Auswirkungen jeder Änderung eines Parameters im gesamten System zu verfolgen. Für den Anwender erfolgt dies transparent, d.h. er sieht vor allem die für ihn wichtigen Resultate stets für das gesamte Getriebe im Überblick. Hierfür werden zumeist Tabellen eingesetzt, oder auch spezifische Berichte, die Einzelresultate zusammenfassen.

Dank der direkten Modellierung mehrerer koaxialer Wellen in der KISSsoft Wellenberechnung wird die Arbeit mit KISSsys im neuen Release 03/2008 vor allem bei Schaltgetrieben erheblich erleichtert. Mussten bisher überlagerte Wellen wie z.B. bei den Losrädern in Schaltgetrieben und Pilot-Lagerungen, also ein Welle, welche in einer Hohlwelle gelagert ist, iterativ berechnet werden, kann nun direkt die gesamte Konfiguration in KISSsoft eingegeben werden (siehe Bild 1).

Seit einiger Zeit erhältlich ein spezielles Getriebe-Berechnungspaket

Für einfachere Getriebe erscheint der Modellierungsaufwand in KISSsys relativ hoch. Daher wird bereits seit einigen Jahren ein spezielles Getriebe-Berechnungspaket GPK angeboten, bestehend aus dem KISSsys Berechnungskern und fertigen Modellen für die wichtigsten Getriebe-Kinematiken (Bild 2): mehrstufige Stirnradgetriebe, Kegel-Stirnradgetriebe, Schnecken-Stirnradgetriebe und Planetengetriebe.

Vorteil dieser vorgefertigten Modelle ist, dass sie bereits sehr komfortable Auslegungsfunktionen enthalten, die mit wenigen Maus-Klicks eine Vorauslegung des Getriebes ermöglichen. Auch ist keine spezielle Einarbeitung notwendig, da für die Definition und Analyse der Maschinenelemente Dialoge der weit verbreiteten KISSsoft-Berechnungssoftware zur Anwendung kommen.

Und so funktioniert`s in der Praxis

Eine typische Anwendung der fertigen Modelle sieht so aus, dass entweder aus den gegebenen Randbedingungen für Last, Drehzahl, Temperaturen, usw. eine Vorauslegung eines Getriebes durchgeführt wird, oder aber die Parameter eines vorhandenen Getriebes eingegeben werden. Dann werden je nach Bedarf die jeweiligen KISSsoft Auslegungs- und Optimierungsfunktionen aufgerufen.

Vor allem die Feinauslegung in KISSsoft hilft, auf effiziente Weise zu optimierten Lösungen zu gelangen (Bild 3). Hier werden systematisch Parameter der Zahnräder einer Stufe variiert. Diese erlaubt die Definition von Intervallen und Schrittweiten für die wichtigsten Verzahnungsparameter: Modul, Schrägungswinkel, Eingriffswinkel und optional den Achsabstand.

Die Feinauslegung iteriert durch den gegebenen Parameterraum und probiert alle möglichen Varianten durch. Dabei werden Zähnezahl-Kombinationen auf Grund der vom Benutzer vorgegebenen Sollübersetzung gewählt, und für die Profilverschiebung mehrere Werte durchprobiert. KISSsoft sortiert alle unbrauchbaren Varianten aus, filtert gemäss Vorgaben des Benutzers die verbleibenden Lösungen und sortiert diese nach Kriterien wie Festigkeit, Lärmerzeugung, Gewicht usw.

Für Sonderfälle können Grenzen für Kopf- und Fusskreis vorgegeben, bzw. die Zähnezahl für einzelne oder mehrere Zahnräder festgelegt werden. Damit können dann beispielsweise nur Lösungen zugelassen werden, die zu einem gegebenen Zahnrad passen, oder die eine gewisse Bauraumgröße nicht überschreiten.

Durch die große Anzahl untersuchter Varianten ermöglich dieses Modul, innerhalb kurzer Zeit gezielt auf ein Kriterium hin optimale Verzahnungen zu finden. Ist eine solche Lösung vom Benutzer ausgewählt, kann er innerhalb von GPK sofort die Auswirkungen der neuen Zahnradparameter z.B. auf Lagerlebensdauern sehen, oder auch eine Kollision zwischen Bauteilen.

Auch eine einfache Kostenschätzung ist verfügbar

Weitergehende Berechnungen liefern Informationen zu Lastverteilung unter Berücksichtigung der Zahnbiegung und der Wellenverformungen, Spannungsverläufe über der Flanke und im Fussbereich, Drehwegabweichung (transmission error), Gleitgeschwindigkeiten und anderes mehr. Auch eine einfache Kostenschätzung auf der Basis von Kilopreisen ist verfügbar, so dass für Angebote schnell erste Zahlen abgegeben, oder auch verschiedene Varianten (z.B. zwei oder dreistufig) verglichen werden können.

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