In der MESYS Wellenberechnung oder der Wellensystemberechnung können FEM-basierte 3D-elastische Bauteile verwendet werden, um Steifigkeiten besser abbilden zu können. Wellen, Gehäuse, Planetenträger oder Radkörper können als 3D-elastische Bauteile berücksichtigt werden. Elastische Verformungen von Wellen oder Gehäusen können als Verformungen von Wälzlagerringen berücksichtigt werden. Die 3D-elastischen Bauteile werden einmalig statisch und optional modal reduziert, damit bleibt die kurze Rechenzeit pro Lastfall erhalten. Folgende Möglichkeiten sind vorhanden:
- Import von Wellen, Gehäusen oder Planetenträgern als STEP oder Nastran-Netz
- Parameterische Definition von Wellen oder Planetenträgern
- Vernetzung innerhalb der Software hexaederdominant oder mit Tetraedern, jeweils mit linearen oder quadratischen Ansatzfunktionen
- Vorgabe einer Temperatur pro Bauteil. Thermische Deformationen werden berücksichtigt.
- Fliehkraftaufweitung bei rotierenden Wellen oder Planetenträgern wird optional berücksichtigt
- Berücksichtigung von Gewichtskräften
- Statische Reduktion und optional modale Reduktion
- Elastische Verformung von Lagerringen optional mit Kontakt
- Elastische Deformation von Radkörpern
- Definition von Randbedingungen für das 3D-elastische Bauteil
- Definition von Kräften auf das 3D-elastische Bauteil
- Ausgabe von Verschiebungen für die Reduktionspunkte
- Optional Berechnung von Steifigeiten für ausgewählte Redunktionspunkte
- Anzeige von Deformationen
- 3D-Animation von Eigenformen und harmonischer Antwort bei modaler Reduktion und Berechnung von Eigenfrequenzen
Elastische Planetenträger
Die elastischen Verformungen von Planetenträgern haben einen Einfluss auf die Lastverteilung in den Zahneingriffen und auf den Kippwinkel von Wälzlagern. Die Verformungen können mit der korrekten Geometrie genauer bestimmt werden, als mit einem einfachen Ersatzmodell.
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Planetengetriebe mit elastischem Planetenträger |
Planetenträger mit Deformationen |
Planetenträger können als CAD-Modell eingelesen werden oder mit Parametern definiert werden. Für die parametrischen Planetenträger stehen vier Varianten zur Verfügung.
Grundtypen der parametrischen Planetenträger
Elastische Gehäuse
Mit elastische Gehäusen können die Steifigkeiten der Lagerstellen mit berücksichtigt werden, sowohl in der statischen Berechnung als auch bei den Eigenfrequenzen. Der Effekt auf die Eigenfrequenzen ist normalerweise sehr viel grösser als auf die statischen Ergebnisse.
Als STEP-Datei importiertes Gehäuse (Quelle: RPT Tech GmbH)
Spindelprüfstand mit elastischem Gehäuse (Video)
Elastische Lagerringe
Elastische Lagerringe können bei Grosslagern verwendet werden, wie im Bereich Windkraft. Hier ein Beispiel:
Elastische Bauteile mit elastischen Lagerringen
Weitere Beispiele sind ein Radlager nur mit Übermass zwischen Aussenring und Gehäuse ohne zusätzliche Lasten sowie eine Pleuellagerung:
Lastverteilung für ein Radlager mit Übermass zwischen Lageraussenring und Gehäuse
Eine Pleuellagerung unter Zug und Druck mit elastischen Lagerringen
Elastische Radkörper
Elastische Verformungen von Radkörpern haben einen Einfluss auf die Lastverteilung im Zahneingriff und auch auf globale Steifigkeiten. Ein Stegrad kann sich zum Beispiel in Axialrichtung verbiegen:
Elastischer Radkörper mit Schrägverzahnung
Bei Planetenstufen ist auch die Kombination von elastischen Radkörpern und elastischen Lagerringen möglich:
Planetenstufe mit 3D-elastischem Planet, Hohlrad und Planetenträger