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Kisssoft20215Fachartikel

Hannover Messe Halle 25, Stand H18

Das neue Release von Kisssoft hat zahlreiche neue Funktionen, die Konstrukteuren abermals die Arbeit erleichtern. Darunter befinden sich unter anderem Tools, die den Flankenbruch vorbeugen, die Tragbildlage optimieren, Festigkeitsberechnung für Schiffe oder auch die Planetenkontaktanalyse, um nur einige zu nennen. Der nachfolgende Beitrag fasst die Highlights zusammen.



In Kisssoft 03/2015 wurde die Flankenbruchberechnung nach Methode B der ISO/DTR 19042 hinzugefügt. Diese Schadensart tritt in Form einer Rissentstehung in größeren Werkstofftiefen auf und kann bei Stirnrädern wie Kegelrädern vorkommen. Ein Flankenbruch führt in den meisten Fällen zum kompletten Ausfall des Getriebes.

Die Berechnungsnorm ISO/DTR 19042 wird derzeit im ISO-Komitee für Stirnräder erstellt und beinhaltet einen Rechengang für die Berechnung mit vereinfachten Lastannahmen (Methode B) sowie ein lokales Verfahren, welches es ermöglicht, die Schadensgefahr über den ganzen Zahneingriff zu analysieren (Methode A). Beide Methoden stehen dem Anwender im Release 03/2015 zur Verfügung.

Bei der Optimierung von Kegelrädern ist es aufgrund der räumlichen Abdrängungen unter Last unausweichlich, Flankenmodifikationen wie Längs- und Höhenballigkeit anzuwenden sowie eine Optimierung der Tragbildlage durchzuführen. Die Beurteilung der Flankenmodifikationen erfolgt üblicherweise in einer Kontaktanalyse unter Last, welche die Lageabweichungen und die Zahnbiegungen berücksichtigt. Diese wurde nun in Kisssoft implementiert: Als Resultate werden das Tragbild, die Drehwegabweichung und Spannungsverteilung ausgegeben sowie das Risiko des Flankenbruchs, basierend auf dem Entwurf der Flankenbruchberechnung ISO/DTR19042 für Stirnräder.

Für Kegelräder gibt es jetzt zudem die Auslegung für topologische Korrekturen. Ausgehend von Messgitterdaten im Klingelnberg- oder Gleason-Format wird die Korrektur so berechnet, dass die Topologie des Kegelrads identisch ist mit dem Zielkegelrad. Somit ist ein Re-Engineering eines bestehenden Kegelradsatzes möglich, was in Reparatur oder Ersatzteilefällen sehr hilfreich ist.

Bei Differential-Kegelrädern sind aufgrund des Schmiedeprozesses viel mehr geometrische Freiheiten als bei konventionellen Bogenverzahnungen vorhanden. In Kisssoft sind nun neu in der Feinauslegung zusätzliche Parameter wie Zahnhöhen oder Kopf- sowie Fusskegelwinkel variierbar. In der Resultate-Tabelle der Feinauslegung werden zudem beispielsweise die Überdeckung, Entformbarkeit etc. aufgezählt. Neu werden diese Parameter neben den bisherigen Werten in der Mitte auch an der Innen- und Aussenseite der Verzahnung angezeigt, sodass der Anwender seine Auslegungen an mehreren Positionen prüfen und Lösungen gezielt auswählen oder verwerfen kann.

Festigkeits- und Wellenberechnung

Neues gibt es jetzt auch in der Festigkeitsberechnung, die gemäss Lloyd’s Register:2013 jetzt implementiert ist. Diese spezifische Schiffsnorm wird vielerorts als Nachweis verlangt. Auch die „Gost 21354-87“ für Fertigungstoleranzen sowie für Zahndickenabmasse nach Gost 1643-81 bei Stirnrädern sind nun verfügbar. Außerdem wurden die vorhandenen Rechenmethoden um die Norm ISO 13691 („High-speed special-purpose gear units“) erweitert.

Die Wellenfestigkeitsberechnung nach „Agma 6101-E08/6001-E08“ steht jetzt ebenfalls bereit mit statischem und dynamischem Nachweis. Der statische Nachweis erlaubt dabei die Berücksichtigung von Spitzenlasten, abhängig von verschiedenen Verzahnungsarten. Der dynamische Nachweis berücksichtigt die verschiedenen Kerbfaktoren und die Auswertung erfolgt nach der GEH-Methode (von Mises). Die zulässigen Werkstoffkennwerte werden grundsätzlich aus der Werkstoff-Kernhärte abgeleitet, welche nun neu eingegeben werden kann.

Erweiterungen bei den Planetengetrieben

Kisssoft30215In der Planetenkontaktanalyse lässt sich jetzt auch ein fliegend gelagertes Sonnenrad berücksichtigen und somit auch für diesen Fall eine realistische Modellierung der Lastverteilungen innerhalb der Planeten vornehmen. Diese Berechnung wird typischerweise bei der üblichen Bauart mit drei Planeten angewendet und bezieht die flexible Zentrierung über die Verzahnungen mit ein. Die Sonne wird hierfür als Folge der unter-schiedlichen vorherrschenden Eingriffssteifigkeiten der drei Planeten, den Eingriffskräften entsprechend, positioniert und führt zu einer realitätsnahen Berechnung des Lastverteilungsfaktors Kγ.

Die Verformungen der Planetenbolzen im Planetengetriebe haben einen maßgeblichen Einfluss auf die Eingriffsverhältnisse vom Planetenrad zur Sonne sowie vom Planetenrad zum Hohlrad. Zusätzlich zur bisherigen Funktionalität – die Schiefstellung des Planetenrades vorgeben zu können – lässt sich nun auch die Schiefstellung des Planetenbolzens aufgrund der simulierten Verformung des Planetenträgers berechnen.

Als Planetenträgerkonstruktionen stehen ein- und doppelwandige Bauformen zur Auswahl, welche die Knoten des Planetenbolzens beinhalten. Die Knotenkoordinaten und Verformungen können dabei wahlweise eingegeben oder über eine FE-Berechnung ermittelt werden. Deshalb kann nun der Planetenträger in Kisssoft dimensioniert und mit einer Open-Source FE-Bibliothek die Verformungen des Planetenbolzens berechnet werden.

Highlights in der Schraubenberechnung

Die neue Richtlinie der Schraubenberechnung VDI 2230, Blatt 1 und 2 (2014) wurde implementiert. Sie beinhaltet wesentliche Änderungen gegenüber der Ausgabe 2003. Neben diversen aktualisierten und erweiterten Tabellen für die Werkstoffkennwerte oder Reibungszahlen wurden die Berechnungsverfahren für das ziehende Anzugsverfahren um das reibungs- und torsionsfreie Anziehen sowie die Verwendung von Dehnhülsen ergänzt. Die Beispiele der VDI wurden nachgerechnet. Eine Vergleichsdatei steht auf Anfrage zur Verfügung.

Das Schraubenmodul wurde auch um eine neue FEM-Modellierung‚ Modellklasse III (nur Kräfte und Momente, ohne Nachgiebigkeit) erweitert. Diese Option gestattet die Kombination von FE-Ergebnissen ohne Nachgiebigkeit, wie die Schnittstelle mit dem ‚Bolt Assessment inside Ansys‘.

Neue Funktionalitäten in Kisssys

kisssoft10215In Kisssys hat die Softwareschmiede die Wirkungsgradberechnung und thermische Analyse nach ISO/TR 14179 weiter optimiert: Bei der Wirkungsgradberechnung kann der Anwender nun unter anderem die Verlustleistungen aufgrund von Messungen durch eigene Faktoren anpassen. Des Weiteren wurde auch die Auswertung der thermischen Bilanz um mehrere Optionen ergänzt wie die Berechnung der Kühlerleistung. Diese gibt es für sämtliche Getriebearten (Stirnrad-, Kegel- und Hypoidrad-, Planeten und Schneckengetriebe). Zusätzlich wurden Bedienung und Stabilität der Berechnung erweitert und verbessert.

Neu werden Eigenfrequenzen und Moden von Antrieben mit mehreren Wellen im System berechnet unter Berücksichtigung von Eingriffssteifigkeit aller Verzahnungen wie Stirnräder, Kegelräder, Planetengetriebe. Es können reine Torsionsschwingungen oder gekoppelte Schwingungen mit allen Freiheitsgraden berechnet werden.

Für die statische Systemanalyse kann erstmal die Deformation des Gehäuses und somit der gegenseitige Einfluss der Lager durch die Gehäuseverformungen berücksichtigt werden. Diese daraus resultierenden Verschiebungen der Lageraußenringe bewirken eine unterschiedliche Wellendeformation und beeinflussen somit – insbesondere bei nachgiebigen Gehäusen und hohen Kräften – maßgeblich die Verzahnungskontaktanalyse. Für die Berechnung wird dazu eine Steifigkeitsmatrix des Gehäuses importiert, die aus einer FE-Berechnung wie Ansys, Abaqus, etc. erzeugt wird.
Bild oben: Kontaktanalyse unter Last bei Kegelrädern

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