In der vorliegenden Arbeit wird ein numerisches Modell zur Berechnung der Grübchenlebensdauer von geschmierten konzentrierten Wälzkontakten unter Berücksichtigung der realen rauen Oberflächentopographien vorgestellt und auf Zahnräder angewendet. Das Berechnungsmodell kann darüber hinaus für die Lebensdauerberechnung beliebiger anderer Wälzkontakte, wie z.B. in Wälzlagern, zum Einsatz kommen und baut auf einer TEHD-Simulation (Thermo-Elastohydrodynamik) des rauen konzentrierten Kontaktes auf. Ausgehend von dieser Simulation wird die Beanspruchung in Form von Spannungsfeldern unterhalb der rauen Oberfläche berechnet. Hierfür wird eine allgemeine Vorgehensweise zur Kopplung von Makro- und Mikroebene des Kontaktes vorgestellt und für die Beanspruchungssituation im Zahnflankenkontakt modifiziert. Das Modell basiert auf einer statistischen Lebensdauerberechnung, die um Algorithmen und Verfahrensweisen zur Behandlung von rauen Oberflächen erweitert wurde. Für die Lebensdauerberechnung werden verschiedene Modelvorstellungen und Ermüdungskriterien verwendet und deren Ergebnisse verglichen. Dabei kommen sowohl konventionelle Ermüdungskriterien, wie z.B. die Gestaltänderungsenergiehypothese, als auch komplexere Ermüdungskriterien, wie das Dang Van-Kriterium oder die Schubspannungsintensitätshypothese, zur Anwendung und werden hinsichtlich ihrer Eignung zur Beschreibung der Ermüdung von rauen konzentrierten Kontakten bewertet.
Aktualisiert: 2020-11-18
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Die dehnungsinduzierte oder spannungsgestützte Bildung von Martensit bei metastabilen austenitischen Stählen ist mit einer Steigerung der Härte und der Änderung der magnetischen Eigenschaften verbunden. Diese durch eine mechanische Belastung steuerbare Eigenschaftsänderung, eignet sich sowohl zum lokal begrenzten Einstellen von Festigkeiten als auch für eine sensorische Überwachung des Verschleiß- bzw. Ermüdungszustandes eines Bauteiles. Beides ist für wälzend beanspruchte Maschinenelemente von Interesse.
Da die Bildung von Umformmartensit in moderat belasteten Wälzkontakten bisher kaum erforscht ist, sind für mögliche Anwendungen zuerst grundlegende Untersuchungen notwendig.
Im Rahmen dieser Arbeit werden daher die Entstehung und Evolution von Umformmartensit durch eine wiederholte wälzende Belastung untersucht. Grundlage dafür bildet ein Zweischeibenmodellversuch mit einem Probekörper aus metastabilem austenitischen Stahl der Qualität 1.4301 und eine m Hartmetall-Gegenkörper. Untersucht werden die Wirkung der Belastungsparameter Anpresskraft und Schlupf, der Einfuss der Oberfächenrauheit sowie der Einfluss verschiedener Legierungszusammensetzungen und Gefügezustände.
Durch ein für den Anwendungsfall entwickeltes Zweischeibentribometer, war es zudem möglich die Wirkung einzelner Komponenten des komplexen Spannungszustandes eines Wälzkontaktes auf die Martensitbildung zu erfassen. Die Martensitevolution wurde durch magneto-induktive Messungen und metallographische Schliffuntersuchungen detektiert.
Es konnte nachgewiesen werden, dass die Bildung von Umformmartensit in einem Wälzkontakt von der Wälzbewegung und den Belastungswiederholungen abhängig ist. Hauptverantwortlich für die Martensitbildung sind die im Wälzkontakt entstehenden richtungswechselnden Schubspannungen.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Aktualisiert: 2021-12-30
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