Untersuchungen zum Größeneinfluss auf die Gestaltfestigkeit/Kerbwirkungszahlen von Welle-Nabe-Verbin

FKM 2015
Heft Nummer 325
Vorhaben Nr. 294 II
97 Seiten

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Kurzfassung:

Die bisher durchgeführten Gestaltfestigkeitsuntersuchungen an Pressverbindungen (PV) und Passfederverbindungen (PFV) dienten zur statistischen Absicherung vorhandener Kennwer-te wie beispielsweise der Kerbwirkungszahlen und der Quantifizierung qualitativer Aussagen zu einzelnen Geometrievarianten. Unsicherheiten bestanden jedoch noch bei der Übertra-gung vorhandener Ergebnisse auf Wellendurchmesser mit DF > 150 mm.
Das abgeschlossene Vorhaben schließt nun diese Wissenslücke hinsichtlich der Kerbwir-kungszahlen für PV und PFV mit Wellendurchmesser DF > 150 mm. Die Dauerfestigkeiten einer PV aus C45E mit glatter Welle und mit Freistich sowie einer PFV mit Freistich für den Wellendurchmesser DF = 230 mm wurden in Umlaufbiegeversuchen ermittelt. Der Freistich und die Passfedernut für die Verbindungen wurden dabei geometrisch ähnlich zu den Be-zugsdurchmesserverbindungen mit DF = 40 mm gefertigt. Wie die experimentell ermittelten Gestaltfestigkeiten an den großen Durchmessern zeigen, stimmen die aus der Rückrech-nung ermittelten Kerbwirkungszahlen mit dem bewährten Algorithmus über das K3-Diagramm nach DIN 743 sowie mit Hilfe des Verhältnisses der Stützziffern ns(rP)/(n(r)·ns(d)) nach der FKM-Richtlinie überein. Für den Anwender bedeutet dies, dass die bewährte Vorgehensweise beibehalten werden kann. Zur Abschätzung des tribologischen Schlupfes und der daraus resultierenden Reibdauerbeanspruchung wurden für die Werkstoffkombinationen C45E/C45E, 42CrMo4+QT/C45E und EN-GJS-600/C45E Versuche mit dem sogenannten Reibklötzchenmodell zur Ermittlung der Reibdauerfestigkeit durchgeführt. Mit Hilfe des Er-müdungsfestigkeitsnachweises nach der FKM-Richtlinie wurde damit der Rauheitsfaktor KR,s,RD in Abhängigkeit von Fugendruck und Schlupf ermittelt. Die so in Abhängigkeit vom Schlupf und vom Fugendruck ermittelten Differenzen in der Gestaltfestigkeit sind ein Maß für die Unterschiede der Werkstoffe hinsichtlich der Reibdauerhaltbarkeit.
Mit Hilfe der numerischen Simulation von PV und PFV wurde das Parameterfeld erweitert und sowohl geometrisch ähnliche Freistiche und Passfedern als auch Freistiche nach DIN 509 und Passfedern nach DIN 6885 für die Durchmesser DF = 40, 100, 230 und 500 mm untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Verbindungen mit DF > 100 mm und geometrisch ähnlichem Freistich niedrigere Spannungen im Freistich aufweisen als die Verbindungen nach Norm. Die Verwendung geometrisch ähnlicher Freistiche wird daher empfohlen.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.
Berichtsumfang: 97 S., 73 Abb., 38 Tab., 47 Lit.
Beginn der Arbeiten: 01.01.2013
Ende der Arbeiten: 30.09.2014
Zuschussgeber: BMWi / IGF-Nr. 17582 BR/1
Forschungsstelle: TU Chemnitz, Institut für Konstruktions- und Antriebstechnik (IKAT), Professur Konstruktionslehre
Leiter: Prof. Dr.-Ing. E. Leidich
Bearbeiter und Verfasser: Dipl.-Ing. M. Lätzer
Obmann des Arbeitskreises: Dr.-Ing. G. Romanos, Henkel AG + Co. KGaA, Garching
Vorstandsvorsitzender FKM: Dipl.-Ing. H. Rauen, VDMA, Frankfurt