Methodenentwicklung zur Reibungsberechnung eines Galaxie-Getriebes unter Mischreibungsbedingungen
Michael Keller
Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung eines Thermo-Elastohydrodynamik-Simulationsmodells (TEHD) zur Traglast-, Temperatur- und Reibungsberechnung im Flanken- und Zahnführungskontakt des Galaxie-Getriebes. Unter Einsatz von Finite-Elemente- (FE) und Mehrkörpersystemsimulations (MKS)-Modellen des Galaxie-Getriebes werden die Randbedingungen für die TEHD-Simulation bereitgestellt. Das MKS-Modell liefert die Randbedingungen unter Berücksichtigung der Dynamik außerhalb des Zahneingriffs. Aus dem FE-Modell werden die Randbedingungen während des Zahneingriffs gewonnen. Damit geht die unter Last verformte Spaltgeometrie in die TEHD-Simulation ein. Eine neuartige Methodik zum Entfernen der im Getriebe-FE-Modell berechneten Abplattungszonen in den belasteten Kontakten wird ebenfalls vorgestellt.
Dies erlaubt die Berechnung der Verformung der konzentrierten Kontakte in Interaktion mit dem Schmierstoff während der TEHD-Simulation mit einem elastischen Halbraummodell. Der Berechnung der Hydrodynamik liegt die Reynolds´sche Differentialgleichung unter Berücksichtigung masseerhaltender Kavitation zugrunde. Der Einfluss von Mischreibung und der Mikrohydrodynamik wird mit Hilfe von Oberflächenkennfeldern auf Basis gemessener Oberflächentopographien erfasst.
Das TEHD-Simulationsmodell wird am Flanken- und Zahnführungskontakt eingesetzt und anhand des Tragbildes eingelaufener Kontaktoberflächen verifiziert. Am Ergebnis der TEHD-Simulation werden die Wirkmechanismen zur Entstehung der Hydrodynamik in den einzelnen Kontakten vorgestellt. Weiterhin werden geometrische Optimierungen der Kontakte vorgenommen. Im relativen Vergleich werden die TEHD-Ergebnisse unterschiedlicher Geometrievarianten hinsichtlich ihres Trag- und Reibverhaltens sowie des thermischen Verhaltens diskutiert.
