TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen
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TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Stirnradberechnung Ablageverzeichnis : Standarddateiname : Temporäre Datei : Vorbelegungsdatei : STIRNRAD STI-1.STI STI-0.TMP STIVORBE.DAT Inhaltsverzeichnis Stirnradberechnung .................................................................................................... 1 Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................................................1 1. Vorbelegungsdatei ................................................................................................. 3 1.02 Notwendige Dateien.................................................................................................................................4 2. Vorauswahl ............................................................................................................ 4 3. Auswahl der Berechnungsart <Geometrie> ........................................................... 5 4. Eingabe und Berechnung der Geometriedaten...................................................... 6 4.01 Profilverschiebung ...................................................................................................................................7 4.02 Achsabstand ............................................................................................................................................7 4.03 Schrägungswinkel ....................................................................................................................................8 4.04 Kopfkreise................................................................................................................................................8 4.05 Spezifisches Gleiten..............................................................................................................................10 4.06 Sicherheiten bei Lebensdauer ................................................................................................................10 4.07 Sicherheiten bei Drehmomenten...........................................................................................................10 5. Weitere Eingabedaten ........................................................................................ 11 5. 01 Werkzeug-, Prüf-, Material- und Leistungsdaten..................................................................................11 5.02 Werkzeugdaten: ....................................................................................................................................11 5.03 Prüfdaten DIN 3961/67:........................................................................................................................12 5.04 Prüfdaten DIN 58405:...........................................................................................................................14 5.05 Materialdaten ........................................................................................................................................15 5.06 Leistungsdaten ......................................................................................................................................16 6. Programmablauf Tragfähigkeit............................................................................ 18 6.01 DIN 3990 Methode B , KHß Faktor nach Methode C .......................................................................18 6.02 AGMA 2001-C98 .................................................................................................................................21 6.03 DNV 41.2 – ISO (Norske Veritas).......................................................................................................23 7. Ausgabe Grafik und Text .................................................................................... 24 8. Grafikausgabe ..................................................................................................... 24 9. Textausgabe ........................................................................................................ 25 9.01 Ausgabe Drucker ...................................................................................................................................25 9.02 Ausgabe Bildschirm...............................................................................................................................25 9.03 CAD Schnittstelle ..................................................................................................................................25 1 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 10. Zahnstangengetriebe ........................................................................................ 26 11. Mit Vorgabe der Überdeckungen (Hochverzahnung)....................................... 28 12. Mit variablen Achsabstand................................................................................. 29 13. Kupplungsverzahnung ..................................................................................... 30 14. Datenbank ......................................................................................................... 31 14.01 Aus Datenbank lesen............................................................................................................................31 14.02 In Datenbank speichern........................................................................................................................31 2 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 1. Vorbelegungsdatei Mit den Daten der Vorbelegungsdatei werden bei Neuberechnungen die entsprechenden Eingabefelder vorbelegt. Qualität: Sie können 10 Qualitäts Kombinationen vorgeben. Vorbelegte Qualität: Mit den hier definierten Qualitäten werden die Eingabefelder vorbelegt. Werkstoffkennziffer: Eingabe der laufenden Nummer der Werkstoffliste. Werkzeugkennziffer: Eingabe der laufenden Nummer der Werkzeugprofilliste. Zuschlag Fußformkreis: Der Fußnutzkreis bzw. die notwendige Kopfkürzung wird um den eingegebenen Sicherheitszuschlags-Faktor verändert. KHß-Faktor: Die erste Tragfähigkeitsrechnung wird nach den eingegebenen Kriterien berechnet. Bei Eingabe 0 erfolgt die Berechnung von KHß nach den im Programm festgelegten Kriterien. Bei Eingabe eines Wertes zwischen 0.1 und 3.0 wird dieser Wert als KHß Faktor fest übernommen. Bei Eingabe 11,12,13, 21, 22 oder 23 erfolgt die Berechnung von KHß nach folgenden Kriterien: 1. Vorkommastelle 1 = sehr steife Räder/Getriebe 2 = Mittelsteife Räder/Getriebe 3 = Nachgiebige Räder/Getriebe 2. Vorkommastelle 1 = Ohne Tragbildgröße 2 = Mittleres Tragbild 3 = Optimales Tragbild Fehler bei Zahnkopfdicke: Fehleranzeige erfolgt, wenn die Zahnkopfdicke kleiner als der eingegebene Wert * Modul wird. Kopfkreisrundung: Der Kopfkreis wird auf die eingegebenen Nachkommastellen gerundet. Maximal 4 Nachkommastellen. a) b) c) d) Vorgabe Achsabstands Toleranzfeld Js: Eingabe 0 -> js wird Qualität –1 Eingabe 1 -> js wird gleich Qualität Eingabe 2 -> js wird Qualität + 1 Eingabe zwischen 5 und 11 -> js wird gleich der Eingabe Die hier nicht aufgeführten Eingaben erklären sich von selbst oder sind am Bildschirm entsprechend dokumentiert. 3 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 1.02 Notwendige Dateien Die Dateien befinden sich Im Ordner DATEIEN. Die Dateien mit +++ können über die Routine DATEIEN editiert werden. DRDM3977.DAT = Datei für Meßrollendurchmesser +++ HATIEFE.DAT = Härtetiefentabellen +++ VERGISO.DAT = Vergütungsdaten +++ WZSRIDA.DAT = Schneidraddatei +++ WZSTIDA.DAT = Werkzeugprofile +++ WZSTIFR.DAT = Wälzfräserdatei +++ MATMET.DAT = Werkstoffdatei <Metall> +++ FWEABM.DAT = Abmaße und Passungen für Feinwerktechnik K-DIN1.BMP bis K-DIN5.BMP = 5 x Bitmapdateien für Bildschirmdarstellungen TODURCHM.DAT - TOFELD.DAT - TOOABM.DAT - TOTOL.DAT = 4 x Toleranzen,Passungen DIN 39 2. Vorauswahl Bei Neue Berechnung Normalablauf bleibt das Programm bei allen Eingabemenüs stehen, auch wenn Daten vorbelegt sind. Bei Schnellablauf werden diese Menüs übersprungen. Aktuelle Berechnung liest die letzte Berechnung ein. Die anderen Menüpunkte erklären sich von selbst. Hier hat bei Neuberechnungen die Auswahl der gewünschten Verzahnungsart zu erfolgen. Bei Wiederholungsrechnungen ist dieses Menü nicht aktiviert. Einzelheiten siehe unter 3. Hiermit können die entsprechenden Eingabemenüs geöffnet werden. Alternativ auch durch anklicken im Anzeigfeld 4 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 3. Auswahl der Berechnungsart <Geometrie> Es bestehen folgende Möglichkeiten a) DIN 867 Stirnradpaar außenverzahnt Geometrie nach DIN 3960, Toleranzen nach DIN 3961-63, Bezugsprofil nach DIN 867 b) DIN 867 Stirnradpaar innenverzahnt Geometrie nach DIN 3960, Toleranzen nach DIN 3961-63, Bezugsprofil nach DIN 867 c) DIN 58405 Stirnradpaar außenverzahnt <Feinwerkverzahnung> Geometrie und Getriebepassung nach DIN 58405, Werkzeuge nach DIN 867 oder DIN 54800 d) DIN 58405 Stirnradpaar innenverzahnt <Feinwerkverzahnung> Geometrie und Getriebepassung nach DIN 58405, Werkzeuge nach DIN 867 oder DIN 54800 e) Zahnstangengetriebe Verzahnung Geometrie nach DIN 3960, Toleranzen nach DIN 3961-63, Bezugsprofil nach DIN 867 f) Stirnradpaar nach DIN 867 mit Vorgabe der Überdeckungen Geometrie nach DIN 3960, Toleranzen nach DIN 3961-63, sog. Hochverzahnung bei der die Kopfhöhenfaktoren nach Vorgabe der gewünschten Profilüberdeckung berechnet werden. Erfordert in der Regel Sonderwerkzeuge. g) Stirnradpaar mit variablen Achsabstand nach DIN 3960. Auslegung der Verzahnung für vorgegebene minimale und maximale Achsabstände. Geometrie nach DIN 3960, Toleranzen nach DIN 3961-63, Bezugsprofil nach DIN 867 h) Stirnradpaar innenverzahnt mit gleichen Zähnezahlen <Kupplungsverzahnung> Geometrie nach DIN 3960, Toleranzen nach DIN 3961-63, Bezugsprofil nach DIN 867. Genormte Kupplungsverzahnungen sind unter Welle-/Nabenverbindungen zu finden. Bei Anwahl der gewünschten Berechnungsart werden die entsprechenden Eingabefelder und Berechnungsroutinen aktiviert. 5 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 4. Eingabe und Berechnung der Geometriedaten. Es bestehen folgende Eingabemöglichkeiten: Eingabe beginnt im aktivierten Eingabefeld für die Zähnezahl. Die Eingabe erfolgt jeweils mit ENTER in folgender vorgegebener Reihenfolge: Zähnezahl 1, Zähnezahl 2 Rad 1 muß immer die kleinere Zähnezahl erhalten Modul mit Doppelklick Eingabemöglichkeit in DP oder CP Schrägungswinkel in Dezimalgrad. Durch Doppelklick auf das Eingabefeld wird eine Maske zur Eingabe von Grad, Minuten und Sekunden geöffnet. Achsabstand, durch Doppelklick auf das Eingabefeld kann der NullAchsabstand übernommen werden. Die Profilverschiebung wird nach den vorgegebenen Kriterien berechnet. Erfolgt keine Eingabe zum Achsabstand wird zur die Eingabe der Profilverschiebung aufgefordert. Einzugeben sind jeweils die Faktoren. Bei Eingabe von Faktor x Modul erfolgt durch Doppelklick die Umrechnung in Faktoren. Zahnbreite 1 und Zahnbreite 2. Als gemeinsame Zahnbreite wird die kleinere Zahnbreite vorgegeben, sie ist bei versetzten Rädern zu ändern. Angezeigt wird bei Schrägverzahnung die zur Sprungüberdeckung eps = 1 notwendige Zahnbreite. 6 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Nach Eingabe der Zahnbreiten erfolgt die Berechnung und Anzeige aller notwendigen Geometriedaten im entsprechenden Anzeigefenster. Der Berechnung liegen die in der Vorbelegung vorhandenen Vorgaben zugrunde. Sind noch keine Geometriedaten zur Eingabe vorhanden können zuerst die Leistungsdaten eingegeben werden ( Anwahl unter Menüpunkt „EINGABE“). Nach deren Eingabe wird der gewünschte Achsabstand abgefragt. Nach Eingabe werden nach einem vorgegebenen Algorithmus die anderen Verzahnungsdaten berechnet und angezeigt. Eine Änderung kann dann direkt im Eingabefeld erfolgen. Nach Eingabe der Zahnbreiten erfolgt dann weitere Berechnung wie vorher. Zur Änderung bzw. Optimierung sind die Befehlsschaltflächen in der unteren Zeile anzuwählen. Alternativ können die Fenster auch durch Doppelklick auf das entsprechende Bezeichnungsfeld (nicht Eingabefeld) geöffnet werden. Es werden entsprechende Fenster geöffnet. Die eingegebene Änderung wird durch ÜBERNAHME übernommen oder durch ABBRUCH rückgängig gemacht. Die durch die Änderungseingabe sich ändernden Daten werden gelb unterlegt. Daten die bestimmte Werte über- oder unterschreiten werden rot unterlegt. Bei ÜBERNAHME wird die Unterlegung aufgehoben. 4.01 Profilverschiebung PROFILVER angezeigt werden die Aufteilung der Profilverschiebung nach verschiedenen Kriterien. Durch anklicken der ausgewählten Aufteilung erfolgt die Übernahme. Es ist auch freie Eingabe möglich. 4.02 Achsabstand ACHSABST. Änderung des Achsabstandes. Zu wählen ist ob sich der Schrägungswinkel oder die Profilverschiebungssumme ändern soll. 7 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 4.03 Schrägungswinkel SCHR.WINKEL Änderung des Schrägungswinkels. Zu wählen ist ob sich der Achsabstand oder die Profilverschiebungssumme ändern soll. 4.04 Kopfkreise KOPFKREIS Eingabe- bzw. Änderungsmöglickeiten zum Kopfkreis. Es bestehen folgende Möglichkeiten: KOPFKREIS es kann der Kopfkreis oder der Kopfrücknahmefaktor eingegeben werden. Der Gegenwert wird berechnet. Bei Änderung wird die in der Vorbelegung bestimmte Nachkomma Stellenzahl nicht mehr berücksichtigt. Der sich ergebende Zahnkopfdicken Faktor wird berechnet. VORGABE ZAHNDICKE es kann der Zahnkopfdicken-Faktor vorgegeben werden, es wird dann der notwendige Kopfkreisdurchmesser berechnet. KOPFFORMKREIS der Kopfformkreis kann vorgegeben werden, es wird die sich ergebende radiale Kopfänderung berechnet. Die Vorgabe ist auch umgekehrt möglich. EINGABE KOPFRÜCKNAHME die Kopfrücknahme in my und der Korrekturkreisdurchmesser können eingegeben werden. RÜCKNAHME BERECHNEN die Berechnung erfordert die vorherige Eingabe der Leistungsdaten. Die abgefragten Eingaben erfolgen wir folgt: Eingabe ob mit Voll- oder Teillast gerechnet werden soll. Es wird die maßgebliche Umfangskraft und die effektive Kopfrücknahme angezeigt. Eingabe der gewünschten Restüberdeckung. Von dieser Eingabe hängt der Korrekturkreisdurchmesser ab. Schließlich ist die gewählte Kopfrücknahme einzugeben und der Korrekturkreisdurchmesser zu übernehmen oder zu ändern. Es kann auch die sich ergebende Korrekturhöhe verändert werden 8 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen GRAFIK Anzeige der Radpaarung im Eingriff. Vorher müssen Werkzeugdaten und Qualität eingegeben sein. Es werden zunächst 8-10 Zähne im Eingriff angezeigt. Es bestehen folgende Möglichkeiten zur Veränderung der Anzeige: GRÖßER der Maßstab wird vergrößert KLEINER der Maßstab wird verkleinert DREHUNG R schrittweise Drehung der Räder nach rechts DREHUNG L schrittweise Drehung der Räder nach links. Die Schrittweite ist kleiner. -> Verschiebung nach rechts <- Verschiebung nach rechts V+ Verschiebung nach unten V+ Verschiebung nach oben Z+ Anzeige aller Zähne Z- Anzeige von nur einen Zahn Es empfiehlt sich vor Veränderung der Lage oder Größe zuerst Z- zu betätigen und nach der Veränderung wieder Z+. Besonders bei vielen Zähnen erfolgt der Bildaufbau schneller. 9 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 4.05 Spezifisches Gleiten Die Kurven zeigen die Werte für das spezifische Gleiten. A = Beginn der Eingriffsstrecke C = Wälzpunkt E = Ende des Eingriffs 4.06 Sicherheiten bei Lebensdauer Kurven zeigen die Sicherheiten bei unterschiedlicher Lebensdauer. Die senkrechten Linien markieren die Lebensdauer für die Sicherheit 1 4.07 Sicherheiten bei Drehmomenten Die Kurven zeigen die sich einstellenden Sicherheiten bei unterschiedlichen Drehmomenten. Die senkrechten Linien markieren das Drehmoment bei Sicherheit 1 10 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 5. Weitere Eingabedaten 5. 01 Werkzeug-, Prüf-, Material- und Leistungsdaten. In diesem Fenster wird angezeigt ob und wenn ja welche Daten vorhanden sind. Werkzeugdaten R1/R2 Prüfdaten R1/R2 Werkstoffdaten Rad 1 / Rad 2 Leistungsdaten + Anwendungsfaktor Berechnete Tragfähigkeiten Zur Eingabe oder Veränderung dieser Daten kann durch Doppelklick auf das entsprechende Anzeigefeld das notwendige Eingabefenster geöffnet werden. Sie können auch unter dem Menüpunkt „Eingaben“ angewählt werden. Beim öffnen der entsprechenden Eingabefenster sind auch bei Neuberechnung bereits Daten entsprechend der definierten Vorbelegung eingelesen. 5.02 Werkzeugdaten: Wenn die Daten nicht aus den Dateien 1 oder 2 übernommen werden, sondern frei eingegeben werden ist zu beachten, daß der Kopfhöhenfaktor des Werkzeuges entsprechend DIN 3960 von der Profilbezugslinie so (also m * pi /2) zu bemaßen ist. Frei eingegebene oder geänderte Daten gelten nur für die aktuelle Berechnung, die Werkzeugdatei wird nicht verändert. Aus den aufgerufenen Werkzeuglisten können ausgewählte Daten durch Doppelklick oder RETURN übernommen werden, wiederholtes anklicken der Befehlsschaltfläche entfernt die Liste wieder. Datei 1 enthält die eingegebenen Wälzfräser, die Liste nimmt nur Fräser mit gleichem Modul auf. Die Datei 2 dagegen Werkzeugprofile, die Werkzeugdaten werden bei Auswahl dem Modul entsprechend berechnet. 11 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Beachten Sie, daß bei kopfüberschneidenden Werkzeugen Angaben über Fußhöhenfaktor und Fußformhöhenfaktor erforderlich sind. Bei Schneidradeingabe ist immer zuerst auch das Werkzeugprofil einzugeben. Die Daten können aus einer Datei übernommen oder frei eingegeben werden. Bei unbekannter Profilverschiebung des Schneidrades wird durch Doppelklick auf das Eingabefeld für Profilverschiebung die Eingabe von Messzähnezahl und Zahnweite ermöglicht. Daraus berechnet das Programm dann die Profilverschiebung. Je nach der gewählten Verzahnungsart öffnen sich Fenster zur Eingabe der Verzahnungsqualität bzw. der Getriebepassung. 5.03 Prüfdaten DIN 3961/67: Beim öffnen des Eingabefensters ist die Qualität bereits entsprechend der Vorbelegung eingelesen. Neueingabe über QUALITÄT Durch anklicken der entsprechenden Felder kann für jedes Rad getrennt eine beliebige Qualität festgelegt werden. Die zugehörigen Abmaße und die Grenzwerte der Flankenspiele werden angezeigt. Die Festlegung von Funktionsgruppen nach DIN 3961 ist nicht zwingend. Einzugeben ist für die jeweilige Gruppe (G, L oder T) die gewünschte Qualität ( 4 – 12) für Rad 1 1.Feld und für Rad 2 2.Feld. 12 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Freie Eingabe ist mit FREIE EINGABE anzuwählen. Erforderlich ist die Eingabe der Qualität und dann der Abmaße <Vorzeichen beachten>. Durch Doppelklick auf das Eingabefeld Qualität wird ein Fenster zur wahlweisen Eingabe von Abmaßen, Zahnweiten oder Zweikugelmaßen geöffnet: Nach Festlegung der Qualität ist das Eingabefeld für das Toleranzfeld js Achsabstand aktiviert. Js ist abhängig von der Qualität vorbelegt und kann geändert werden. Wird 0 eingegeben können die Achsabstandstoleranzen frei eingegeben werden. Nach dieser Eingabe und Übernahme mit RETURN erfolgt vom Programm die Überprüfung auf Eingriffsstörungen. Die Überprüfung kann auch mit NACHPRÜFUNG angewählt werden. Liegen Störungen vor erfolgt entsprechende Anzeige. Zur Beseitigung kann dann der entsprechende Befehl angewählt werden Bei Innenverzahnung erfolgt Prüfung ob ein radialer Einbau möglich ist und ob sich beim abwälzen die Zahnköpfe berühren. Der angezeigte Störfaktor K muß > = 1 sein. Durch Kopfkürzung kann Abhilfe geschaffen werden oder es muß die Geometrie verändert werden, z.B. größerer Betriebseingriffswinkel. Zur Auswahl stehen: Da ÜBERNEHMEN der angezeigte maximale Kopfkreisdurchmesser wird übernommen. KOPFNUTZKREIS Kopfnutzkreise werden entsprechend neu berechnet. Der Kopfkreis bleibt. WERKZEUG NEU Rücksprung zur Werkzeugeingabe GEOMETRIE Rücksprung zur Geometrieeingabe KOPFKREIS Manuelle Änderung der Kopfkreise 13 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Mit der Schaltfläche ÜBERNAHME werden die Daten übernommen und die Prüfmaße berechnet. Zur Anzeige kommen jeweils die Nennmaße und Meßzähnezahlen bzw. Rollendurchmesser. Über ÄNDERN können die Meßzähnezahlen und Rollendurchmesser geändert werden. Der Befehl „FLANKENSPIEL“ öffnet ein Fenster zur Eingabe und Berechnung des sog. Abnahmeflankenspiels nach DM 3967. Einzugeben bzw. zu ändern sind die abgefragten Größen. Berechnet wird das sich unter Berücksichtigung der spielverändernden Größen einstellende Abnahmeflankenspiel. 5.04 Prüfdaten DIN 58405: Beim ersten öffnen des Eingabefensters sind noch keine Daten eingelesen. Neueingabe ist über „EINGABE PASSUNG “ anzuwählen. Es können vorgegebene Passungen durch anklicken oder durch anklicken der einzelnen Größen beliebige Zusammenstellungen gewählt werden. Angezeigt werden die Abmaße, die zulässigen Fehler und das sich ergebende Flankenspiel. Es können einzelne Werte der Passung beliebig verändert werden. Die Wahl ist für beide getrennt Räder möglich. 14 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Nach ÜBERNAHME erfolgt Prüfung auf Eingriffsstörungen. Liegen Störungen vor erfolgt entsprechende Anzeige. Zur Beseitigung kann dann der entsprechende Befehl angewählt werden . Neben der Änderung von Geometrie -, Prüf- oder Werkzeugdaten kann auch der notwendige Kopfkreisdurchmesser übernommen werden es erfolgt dann eine entsprechende Kopfkürzung- oder ein entsprechender Kopfnutz- und Fußnutzkreisdurchmesser - es erfolgt keine Kopfkürzung- . Diese Nachprüfung kann auch mit dem Befehl „EINGRIFF“ angewählt werden. Über PRÜFMAßE können die Meßzähnezahlen und Rollendurchmesser geändert werden. 5.05 Materialdaten Beim öffnen des Eingabefensters sind die Materialdaten bereits entsprechend der Vorbelegung eingelesen. Neben den Materialdaten können hier Vorgaben zur Wärme- bzw. Härtebehandlung gemacht werden. Aus der aufgerufenen Materialliste kann der ausgewählte Werkstoff durch Doppelklick oder mit RETURN Übernommen werden. Freie Eingabe bzw. Änderung einzelner Werte ist möglich, die geänderten Daten gelten aber nur für die aktuelle Berechnung. 15 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Die Angabe für Härte HRC gibt die Härte und die zulässige Abweichung an. Tabelle zur Kennung kann durch Doppelklick auf das Eingabefeld aufgerufen werden. Beachten Sie, daß das Programm nur über die Kennung Informationen zur Wärmebehandlung erhält. Je nach Voreinstellung wird die Wärmebehandlung automatisch aus der hinterlegten Tabelle entnommen oder muß unter WÄRMEBEHANDLUNG eingegeben werden. Zur Bestimmung der Härtetiefe und Abweichung kann auf eine vorhandene Härtetiefen Datei über AUS TABELLE zugegriffen werden. Ist die Härtetiefe kleiner als die sog. Grenzeinsatztiefe erfolgt über den sich ergebenden Härtefaktor eine Reduzierung der Werte für Sigma Hlim. Zur Vermeidung dieser Reduzierung kann der Härtefaktor wieder auf 1 gesetzt werden. 5.06 Leistungsdaten Eingabe entsprechend der Eingabefelder. Wahlweise eine Drehzahl und die Leistung oder ein Moment. Einzugeben bzw. zu ändern sind u.U. auch Anzahl der Zahneingriffe , Faktor für Wechselbeanspruchung und Aufteilungsfaktor bei Verzweigung. Ferner die Anwendungsfaktoren K A für Fuß (F) und Grübchen (G), sowie die Lebensdauer in Stunden. Festzulegen ist ob Grübchen zugelassen werden und welches Rad treibt. Die Eingabe zum Lastfall ist nicht zwingend, diese Angabe hat keinen Einfluß auf die Berechnung und dient lediglich zur Bezeichnung. TABELLE öffnet eine Tabelle mit gebräuchliche KA Faktoren. Weiter kann ein LASTKOLLEKTIV vorgegeben werden. Die Berechnung erfolgt nach der Hypothese der linearen Schadensakkumulation nach Palmgreen/Miner. 16 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Zunächst wird ein Fenster zur Eingabe bzw. Änderung der Grenzwerte der Wöhlerlinien für Flanke und Fuß geöffnet. Die vorbelegten Werte entsprechen der Wärmebehandlung der gewählten Werkstoffe (nur für Stahlwerkstoffe). Zum Lastkollektiv sind folgende Eingaben erforderlich: Nennmoment ist das unter Leistungsdaten eingegebene Ritzelmoment. Beachten Sie, daß das Nennmoment nicht das Maximalmoment sein kann sondern nach Möglichkeit das Moment mit dem größtem Zeitanteil. Eingabe maximal 9 Laststufen: Zeit % = der Zeitanteil der Laststufe Ti (Nm) = Drehmoment der Laststufe (Ti/T wird berechnet) oder Ti/T = Stufenmoment/ Nennmoment (Ti wird berechnet) ni = Ritzeldrehzahl der Laststufe Ni = Anzahl der Lastwechsel (wird berechnet) Nach jeder Eingabe wird der noch vorhandene Zeitanteil unter Rest % angezeigt. Durch Doppelklick auf das Eingabefeld Zeit% wird folgendes Fenster geöffnet: Es kann eingegeben werden entweder der Zeitanteil in % oder die Zeit in Stunden oder die Anzahl der Lastwechsel Jeweils Anteile der Gesamtzahlen. Berechnet werden die Lastkollektiv abhängigen KA Faktoren für Fuß (Fu) und Grübchen (Gr). Weitergehende Infos unter Niemann: Maschinenelemente Band II Seite 91 ff. 17 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 6. Programmablauf Tragfähigkeit 6.01 DIN 3990 Methode B , KHß Faktor nach Methode C Anwahl ist nur möglich wenn alle Eingaben zu Geometrie, Werkstoff, Prüfdaten und Leistung erfolgt sind . Nach Anwahl wird die Tragfähigkeit mit den in der Vorbelegung festgelegten Standardwerten berechnet. Nach Anzeige können durch Wahl der entsprechenden Befehle die einzelnen Einflußfaktoren eingesehen, geändert und optimiert werden. VORGABEN Änderungsmöglichkeit der allgemeinen Einflußfaktoren. Eingabemöglichkeiten der Abmessungen für ein Rad mit Radkranz und Steg. K-FAK Optimierung bzw. Änderung der K-Faktoren, insbesondere des Khbeta Faktors. Freie Änderung der Flankenlinienabweichnung FßxNEU, es folgt Anpassung von KHß und der anderen abhängigen KFaktoren. Über KORREKTUR können Werte für Breitenballigkeit u/o Endrücknahme vorgegeben Mit BERECHNEN werden die jeweiligen Werte nach DIN berechnet. 18 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Khß Bestimmung nach ERFAHRUNGSWERTE Vorgabe der Ritzelverformung fsh nach Tabelle und Wahl der ergebenden Werte für Fßx je nach Tragbildgröße. KHß Bestimmung nach NÄHERUNG: Eingabe der abgefragten Größen und dann Wahl der Ritzelverformung fsh je nach der vorhandenen Korrektur. werden. Mit BILD WEITER werden weitere Möglichkeiten des Faktors K angezeigt. Z-FAK Änderungs- bzw. Eingabemöglichkeit zur SCHMIERUNG und RAUHEIT 19 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen Y-FAK Anzeige der Y-Faktoren und Eingabemöglickeit einer Schleifkerbe. Ein Hinweis auf die Möglichkeit einer Schleifkerbe erfolgt wenn bei der Werkzeugeingabe eine Bearbeitungszugabe ohne Protuberanzwerkzeug definiert wurde. LEISTUNG Programmverzweigung zur Leistungseingabe bzw. Änderung. Beachten Sie bitte, daß bei Leistungsändernung auch die einzelnen Einflußfaktoren (insbesondere der KHß Faktor) neu berechnet werden, so daß evt. vorher vorgenommene manuelle Änderungen verloren gehen WERKSTOFF Programmverzweigung zur Werkstoffeingabe bzw. Änderung. Beachten Sie bitte, daß bei Werkstoffänderungen auch die einzelnen Einflußfaktoren (insbesondere der KHß Faktor) neu berechnet werden, so daß evt. vorher vorgenommene manuelle Änderungen verloren gehen. 20 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 6.02 AGMA 2001-C98 Die Tragfähigkeitsberechnung nach AGMA 2001-C98 kann zusätzlich zu einer anderen Tragfägigkeitsberechnung durchgeführt werden. Die Ergebnisse werden getrennt abgespeichert und können zusammen ausgedruckt werden. Bei mehreren Berechnungen nach verschiedenen AGMA Versionen wird jeweils nur die zuletzt berechnete abgespeichert. Die vorhergehenden Berechnungen werden gelöscht. Bei Anwahl AGMA werden nacheinander 8 Eingabemenüs geöffnet. Die Daten sind bereits nach einer festgelegten Berechnungsmethode berechnet. Bei Anwahl NEUE EINGABE bestehen Änderungsmöglichkeiten. 1. Vorgabedaten Vorgabedaten können hier eingegeben bzw. geändert werden 2. Faktoren für Flankentragfähigkeit Einzugeben ist der Servicefaktor. Die anderen Faktoren sind von den Vorgabedaten abhängig und sollten nicht geändert werden. 3. Faktoren zur Bestimmung des Breitenfaktores Für die Faktoren Cpm, Cmc, Cma und Ce gibt es alternative Berechnungsvorschriften. Entsprechende Auswahlfelder werden beim anklicken der Eingabefelder geöffnet Cmf wird schließlich berechnet. 4. Zulässige Flankenpressung Ist die Lastwechselzahl > 10^7 kann den Lebensdauerfaktor nach der oberen oder unteren Linie berechnet werden. Dieses Eingabefenster ist nur bei LW > 10^7 aktiv. 21 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 5. Sicherheit gegen Grübchen Die berechneten Sicherheiten werden angezeigt. 6. Faktoren für Zahnfußsicherheit Einzugeben ist der Servicefaktor. Die anderen Faktoren sind von den Vorgabedaten abängig und sollten nicht geändert werden. 7. Weitere Faktoren zu Zahnfußsicherheit Bei LW > 10^7 kann der Lebensdauerfaktor nach der oberen oder unteren Linie berechnet werden. Für den Materialfaktor bestehen alternative Werte. Auswahlfeld wird beim anklicken des Eingabefeldes geöffnet. 8. Ergebnis Zahnfußsicherheiten Berechnet und angezeigt werden die Zahnfußsicherheiten. Bei BERECHNUNG NEU kann die Berechnung wiederholt werde. 22 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 6.03 DNV 41.2 – ISO (Norske Veritas) Die Berechnung nach DNV 41.2 kann nur alternativ zur Berechnung nach DIN 3990 durchgeführt werden. Eine vorhandene DIN Berechnung wird bei der Anwahl zur Berechnung nach DNV gelöscht und umgekehrt. In der Ablagedatei befindet sich dann entweder DIN oder DNV. Als zusätzliche Eingabe sind Angaben über die Härtung erforderlich. Die Eingaben erfolgen über MATERIAL Å WÄRMEBEHANDLUNG Å EINGABE DNV-ISO . Es erfolgt dann die Berechnung der Faktoren ZX und YC. Beachten Sie bitte, daß der Härtefaktor nach DIN immer auf 1 gesetzt wird. Die notwendige Korrektur bei zu geringer Härtetiefe wird über die Faktoren ZX und YC vorgenommen. Der Faktor Cd entspricht dem Wechselfaktor für Biegung und kann bei der Eingabe für die Leistungsdaten eingegeben werden. Der Faktor Aufteilungsfaktor Ky wird ebenfalls bei der Leistungsdaten Eingabe abgefragt. Die Lebensdauerfaktoren ZN und YN können unter Z-FAK bzw. Y-FAK geändert werden. In Dauerfestigkeitsbereich kann der Faktor mit einem reduzierten Wert berechnet werden. (Siehe DNV N0.41.2 Abs. 2.10 bzw. 3.11) Der weitere Verlauf der Berechnung entspricht der DIN 3990. 23 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 7. Ausgabe Grafik und Text Anwahl zur Ausgabe von Grafik oder Text. Zunächst Anzeige bzw. Eingabe von Kopfzeileninhalt und Auftragsdaten. Unter ZUSATZTEXT können bis zu drei Zeilen Text eingegeben werden. Zeilenumbruch mit Strg + Return. Die Auftragsdaten können zur Abspeicherung und drucken ( SPEICHERN + DRUCKEN ) oder nur für den einen Ausdruck ( NUR DRUCKEN ) übernommen werden. 8. Grafikausgabe Es folgt Fenster zur Auswahl der gewünschte Ausgaben. Bei Grafikausgabe ist der Maßstab festzulegen. 24 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 9. Textausgabe 9.01 Ausgabe Drucker Es folgt Fenster zur Auswahl der gewünschten Ausgaben. Zu wählen ist die Sprache und die Schriftgröße für Normalschrift, sie ist mit 10 vorbelegt. Falls der Ausdruck über den unteren Blattrand hinausgeht, kann 8 oder 9 eingegeben werden. Unter DRUCKERWAHL verzweigt das Programm in die entsprechende Windows Routine zur Auswahl und Einrichtung des Druckers 9.02 Ausgabe Bildschirm Es erfolgt Ausgabe der Berechnungsergebnisse am Bildschirm 9.03 CAD Schnittstelle Vorzugeben ist für welches CADSystem die Daten übergeben werden sollen und in welchen Ordner die Dateien abgelegt werden sollen. Die Dateinamen sind fest vorbelegt und dürfen bei Verwendung der TBK CAD Module nicht geändert werden. Die anderen Eingaben erklären sich von selbst. Über die CAD Schnittstelle autoCAD werden die ASCII Dateien ‚RITZEL.STI‘ bzw. ‚RAD.STI erzeugt und im definierten Ordner abgelegt. Die Datensätze für die einzelnen Verzahnung werden unter der ID Nummer fortlaufend in die Datei eingeschrieben. Es kann bei Erstellung entschieden werden, ob der neue Datensatz angehängt oder ob die Datei vorher geleert werden soll. Datentabelle siehe Anhang. 25 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 10. Zahnstangengetriebe Bei unbekannter Geometrie kann die Auslegung nach den Leistungsdaten erfolgen. Bei bekannter Geometrie sind zuerst die Geometriedaten und danach die Leistungsdaten einzugeben. a) Kopfhöhenfaktoren und Profilwinkel sind vorbelegt und können geändert werden. Dazu das Eingabefeld oder GEOMETRIE anklicken. b) Eingabe in folgender vorgegebener Reihenfolge: Zähnezahl Ritzel -> Modul -> Schrägungswinkel -> Profilverschiebung Ritzel -> Profilverschiebung Zahnstange. c) Berechnet und angezeigt werden Teilkreis, Grundkreis und Kopfkreis für das Ritzel. d) Weitere Eingaben Zahnbreite Ritzel und Zahnstange. e) Eingabe Länge der Verzahnung an Zahnstange oder Zähnezahl der Zahnstange berechnet wird die fehlende Größe. Bei Eingabe der Länge wird die Eingabe auf ein Vielfaches der Teilung gerundet. f) Abstand d2 = Abstand von der Profillinie zur Auflagefläche der Zahnstange. g) Abstand da2 = Abstand der Kopflinie zur Auflagefläche, der Absatnd df2= Abstand der Fußlinie zur Auflagefläche und der Fußkreisdurchmesser am Ritzel df1 werden nach Eingabe der Werkzeug- und Prüfdaten berechnet. h) Der Kopfkreisdurchmesser des Ritzels kann verändert werden. 26 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen i) Es kann der Abstand der ersten Zahnlücke zum Zahnstangenanfang nach folgenden Kriterien berechnet werden: 1) freie Eingabe. Die Zahnstangenlänge ist dann das Eingabemaß + Nutzlänge. 2) Zahnstangenanfang und Zahnstangenende ist jeweils eine Zahnlückenmitte. Die Zahnstangenlänge ist dann Zähnezahl x Teilung + ½ Teilung. 3) Mitte der Zahnstange ist der mittlerere Zahn. Aus der Verzahnungslänge und dem Abstand zur ersten Zahnlücke errechnet sich die Gesamtlänge der Zahnstange. Die weiteren Vorgaben für Werkzeug, Prüfdaten und Material erfolgen wie in einer normalen Stirnradpaarung. Für die Zahnstange wird ein Kugelmaß berechnet, wobei das Kugelmaß der Abstand vom Kugelaußendurchmesser zur Auflagefläche der Zahnstange beträgt. Der notwendige Kugeldurchmesser wird berechnet und vorgegeben, er kann in kleinen Bereichen verändert werden. Die Tragfähigkeitsberechnung erfolgt ebenfalls analog zu Stirnradpaarungen, dabei wird intern für die Zahnstange eine Zähnezahl von 5000 festgelegt. Durchmesserabhängige Größen werden entsprechend korrigiert. 27 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 11. Mit Vorgabe der Überdeckungen (Hochverzahnung) Mit dieser Berechnungsvariante können sogenannte Hochverzahnungen mit vorgegebenen Überdeckungen ausgelegt werden. Dazu werden zunächst die Grundverzahnungsdaten bis zum Achsabstand eingegeben. Dann kann im unten angezeigten Eingabefenster die Profil- und Sprungüberdeckung vorgegeben werden. Die voneinander abhängigen Größen können dann variiert werden. Unter Zahnkopf 1/2 können die Zahnkopfdickenfaktoren explizit vorgegeben werden. Bei ZAHNKOPF GLEICH werden beide Zahnköpfe gleich dick. Als Ergebnis der Eingaben werden jeweils die Kopfhöhenfaktoren und die Profilverschiebungsfaktoren berechnet. Beachten Sie bitte, daß die Werkzeugdaten dann entsprechend einzugeben sind. Der weitere Berechnungsablauf entspricht der normalen Stirnradverzahnung. 28 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 12. Mit variablen Achsabstand Mit dieser Berechnungsvariante können Zahnpaare ausgelegt werden deren Achsabstand sich während des Betriebes in gewissen Grenzen verändert. Geben Sie die Grunddaten der Verzahnung ein und dann die beiden Grenzwerte des sich einstellenden Achsabstandes. Berechnet und angezeigt werden die sich einstellenden Größen von Profilüberdeckung, Betriebseingriffswinkel und Kopfspiel bei minimalen und maximalen Achsabstand. Weiter die sich ergebenden Zahnkopfdickenfaktoren. Durch verändern der beeinflussenden Daten kann die Verzahnung optimiert werden. Die weitere Berechnung ist mit der normalen Stirnradverzahnung identisch. Achten Sie bitte auf die korrekte Eingabe der notwendigen Werkzeugdaten. Für die Weiterberechnung wird der minimale Achsabstand übernommen. 29 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 13. Kupplungsverzahnung Möglichkeit zur Geometrieberechung einer innenverzahnten Stirnradpaarung mit gleichen Zähnezahlen und damit Achsabstand 0. Eingaben wie bei normaler innenverzahnten Stirnradpaarung. In vielen Fällen ist dabei eine Kopfkürzung notwendig, weil der Kopfkreis größer als der Grundkreis ist. Dazu kann von vorneherein der Kopfhöhenfaktor kleiner gewählt werden oder auch eine Kopfhöhenänderung definiert werden. Zum Tragfähigkeitsnachweis werden analog zu DIN 5480 die vorhandenen Pressungen und Spannungen berechnet. Vorzugeben ist der Traganteil der Zähne in %. Übliche Werte 50 oder 75, ja nach Fertigungsqualität. 30 TBK Programm zur Berechnung von Stirnradpaarungen 14. Datenbank 14.01 Aus Datenbank lesen In der Liste werden alle vorhandenen Radsätze aufgelistet. Die Sortierung kann vorgewählt werden. Durch anklicken einer Zeile werden weitere Informationen zu disem Radsatz angezeigt. Durch Filter-Vorgabe wird die Liste eingeschränkt. Der Filter kann alle oder nur einen Teil des gewünschtes Begriffes enthalten. Nicht gewünschte Teile sind durch ein ? zu definieren. Durch Doppenklick ist der gewünschte Radsatz zu aktivieren und kann dann mit DATEN ÜBERNEHMEN eingelesen werde. 14.02 In Datenbank speichern Vorzugeben ist eine ID Nummer für den Radsatz. Die ID Nummern für die anderen Tabellen können frei eingegeben werden, vorbelegt ist jeweils die ID Nummer des Radsatzes. 31