Die Vorhersage der mechanischen Leistung von Anwendungen ist unerlässlich, um den Zeit- und Kostenaufwand für die Entwicklung neuer Getriebeanwendungen zu reduzieren. Bei Envalior haben wir ein Framework entwickelt, das auf experimentellen Fallstudien, lokaler Faserorientierung und intrinsischem Material basiert und die Ermüdung von Zahnrädern genau vorhersagt.
Die Entwicklung erfolgreicher Anwendungen für Getriebe erfordert ein solides Produkt mit genauen Fehlervorhersagen – und die erste marktreife Lösung. Die Vorhersage der kurz- und langfristigen mechanischen Leistung von Zahnrädern erfordert jedoch die Betrachtung der statischen Festigkeit aufgrund von Missbrauch oder Stillstandsmoment sowie die Berücksichtigung der Haltbarkeit mit Wurzelbruch als Fehlerursache.
Testen der Ermüdung der Spannung der Wurzel.
Um den Zeit- und Kostenaufwand für die Entwicklung von Anwendungen für Zahnräder erheblich zu reduzieren, können wir ein durch Experimente validiertes Framework verwenden, um die Lebensdauer Ermüdung Leistung von Zahnrädern mithilfe vereinfachter Tests wie Standard- Zugfestigkeit Ermüdung Stangenprüfung oder vereinfachter Verzahnungstests genau vorherzusagen. Das Framework enthält eine Berechnung für die Steifigkeit, die durch den Glasfasergehalt hinzugefügt wird, sowie für Anwendungen mit unterschiedlichen Belastungsbedingungen, einschließlich Teilegeometrie, Anschnittpositionen und Temperaturen.
Mit dedizierten Anwendungstests in jeder Designphase können wir iterativ zu einem erfolgreichen Enddesign führen. Und wenn wir vereinfachte Testergebnisse mit Fachwissen über Anwendungen von Verzahnungen und grundlegendem Wissen über Material, einschließlich Faserorientierung und intrinsischem Material, kombinieren, können wir den Ausfallmodus des Getriebes und das entsprechende Drehmomentniveau vorhersagen.
Root Spannung Ermüdung in Gang Anwendungen leiden unter zwei Hauptversagensmechanismen: Plastizität kontrolliertem Versagen und Risswachstumsversagen. Da glasfaserverstärkte Zahnräder hauptsächlich in Anwendungen mit zyklischer Belastung eingesetzt werden, die sowohl in der Amplitude als auch in der Anzahl der Zyklen groß ist, wird die Lebensdauer des Teils weitgehend durch risswachstumskontrolliertes Versagen bestimmt.
Dieses Versagen wird durch kleine anfängliche Fehler durch Verarbeitung, Handhabung oder die Zugabe von Füllstoffen verursacht, die zu Spannungen unter Last führen und schließlich einen Wahnsinn oder Riss verursachen, der zum Versagen führt. Mit einer Reihe von Gleichungen, die anhand einer experimentellen Fallstudie entwickelt und validiert wurden, können wir die Lebensdauer der Ermüdung, einschließlich der Abhängigkeit von der Temperaturen, genau vorhersagen.
Wir haben während der gesamten Tests Stanyl® TW271F6 verwendet, ohne Feuchtigkeit zu Beginn des Tests. Für Haltbarkeit Tests wurde den Proben Festschmierstoff (PTFE) zugesetzt. Die Prüfzahnräder wurden in einem Zweikavitätenwerkzeug über sechs Anschnitte spritzgegossen und mit 30 Gewichtsprozent Glasfaser verstärkt, was eine gute Kompensation der Schwindung während des Formens bietet. Nach dem Formen ist die Qualität der Zahnräder eine 12, nach ISO 1328.
Verwendung eines kundenspezifischen, umgebungsgesteuerten Versuchsaufbaus mit zwei Motoren, bei dem einer das Getriebe mit einer bestimmten Geschwindigkeit dreht, während der Sonstiges bremst, um eine konstante Drehmomentabgabe für das angetriebene Getriebe zu gewährleisten. Die lokale Temperatur steigt durch Reibung an, bis eine stationäre Temperatur erreicht ist, die per Infrarotsensor gemessen wird.
An Bindenähten verläuft die Faserorientierung nicht parallel zur Zahnwurzel. Dies Ergebnisse zu einem Unterschied in der Steifigkeit und Festigkeit an diesen Stellen im Bauteil. Wir haben eine durchschnittliche gleichmäßige Faserorientierung im Zahn des Zahnrads angenommen, um einen Faktor zu bestimmen, der die Spannungen der Spannung-Dehnung-Kurve darstellt, obwohl der Faktor stark von der Zahnradgeometrie und den Anschnittpositionen abhängt.
Unterschiede in der Faserorientierung an Bindenähten verursachen Unterschiede in der lokalen Steifigkeit und Festigkeit.
Die Haltbarkeit der Zahnräder wurde unter verschiedenen Drehmomentstufen mit unterschiedlichen Umgebungstemperaturen getestet und die Lebensdauer aufgezeichnet. Die Experimente zeigen, dass die Lebensdauer stark durch das aufgebrachte Drehmoment und die Umgebungsbedingungen beeinflusst wird.
Bei Envalior haben wir diese Daten und Testmethoden verwendet, um einen Ansatz zu entwickeln, der Wurzelversagen auf der Grundlage von Messungen der nicht-isothermen Haltbarkeit an einem Zahnradtester genau vorhersagt. Wir können isotherme Spannung der Ermüdung mit Hilfe eines Temperaturen abhängigen Vorfaktors vorhersagen. Die Vorhersagen haben eine Genauigkeit innerhalb eines Faktors von 3 auf die Lebensdauer gezeigt, außer bei Anwendungen mit sehr hohen Temperaturen oder sehr langen Testzeiten, bei denen Verschleiß zu einem potenziellen Ausfallmechanismus wird.
CAE Experte/Wissenschaftler für Envalior
Benjamin van Wissen ist CAE Experte/Wissenschaftler für Envalior. Er führt FEA-Analysen für Polymer Anwendungen durch, einschließlich Festigkeit, Steifigkeit, Ermüdung, Kriechen, NVH und thermische Leistung. Er ist spezialisiert auf die Berechnung und Konstruktion der Festigkeit von Polymer. Darüber hinaus ist er verantwortlich für die Grundlagenforschung Material zur Charakterisierung komplexer FEA-Material Karten. Bevor er zu Envalior kam, arbeitete Benjamin in der Automobilindustrie und der chemischen Industrie. Er ist ein starker Ingenieur, der sich mit FEA auskennt und Abaqus, Altair Hyperworks (einschließlich Optistruct und CFD), Digimat und KISSsoft für die Getriebekonstruktion und -berechnungen verwendet.
08 July 2024
