Verzahnungsauslegung für Stufenplanetengetriebe

In dieser Arbeit wird eine Methode zur Auslegung der Makrogeometrie und topologischer Zahnflankenmodifikationen für Stufenplanetengetriebe entwickelt, welche Auswirkungen von Fertigungs- und Montageabweichungen auf das Einsatzverhalten berücksichtigt. Zunächst wird eine Berechnungsmethode konzipiert und entwickelt, die die Berechnung von Zahnkontakten in der quasistatischen Zahnkontaktanalyse (ZKA) sowie in der dynamischen Mehrkörpersimulation (MKS) ermöglicht. Zur Integration der Berechnungsmethode in die MKS wird das Kraftelement WZL GEARFORCE6D entwickelt, mit dem Zahnkontakte von außen- und innenverzahnten Stirnrädern in beliebigen Getriebesystemen berechnet werden können. Die Berechnungsergebnisse werden mit bestehenden quasistatischen Zahnkontaktanalysen erfolgreich verifiziert. Zur einsatzgerechten Auslegung der Makrogeometrie von Stufenplanetengetrieben wird eine Optimierungsmethode entwickelt. Die Geometrieberechnung umfasst dabei die individuelle Verzahnungsgeometrie der Eingriffe sowie die möglichen Einbaupositionen der Stufenplaneten. Die Auslegung der Zahnflankenmodifikationen erfolgt in einem MKS-Modell, wobei Verlagerungen und Belastungen aufgrund von vorgegebenen Achslageabweichungen berechnet werden. Die anschließende Aggregation der Verlagerungs- und Belastungsdaten reduziert, in Kombination mit der quasistatischen Berechnung einzelner Zahnkontakte, die Berechnungsdauer signifikant, sodass die Variation von topologischen Zahnflankenmodifikationen ermöglicht wird. Mit dem beschriebenen Vorgehen ist eine Optimierung des Einsatzverhaltens von Stufenplanetengetrieben mit Fertigungs- bzw. Montageabweichungen durch die Berücksichtigung der dynamischen Verlagerungen und Belastungen bei der Auslegung der Zahnflankenmodifikationen möglich. Die entwickelten Auslegungsmethoden werden abschließend aufeinander aufbauend für Prüfstandsverzahnungen angewendet. Die durchgeführten Prüfstandsuntersuchungen zeigen, dass das Einsatzverhalten der ausgelegten Verzahnungsgeometrien robust gegenüber dem Einfluss von Achslageabweichungen ist. Die erfolgreiche Validierung des Simulationsmodells auf Grundlage von Tragbildern, der Sonnenwellentrajektorie und des Drehfehlers belegt die Eignung der entwickelten Methoden zur Verzahnungsauslegung von Stufenplanetengetrieben unter Berücksichtigung von Fertigungs- und Montageabweichungen.