antriebstechnikk 3/2016

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN
Kundenprojekt erfolgreich angewandt wurde. Das
Verfahren und einige Resultate werden im Abschnitt‚
Messung der Gehäuseverformungen vorgestellt.
Anwendung aus der Luftfahrt
Eine typische Anwendung für den Einfluss der Gehäusesteifigkeit
sind leichtbauoptimierte Getriebe
aus der Luftfahrt. Als Beispiel dazu soll nachfolgend
ein Rotormastgetriebe eines Heli kopters der
Firma Marenco Swisshelicopter AG aus dem
schweizerischen Pfäffikon [5] gezeigt werden. Dieses
mehrstufige Getriebe besteht aus einer Eingangsstufe
mit einer Kegelradverzahnung und
nachfolgend vier Stufenplaneten, welche die äußere
Rotormastwelle antreiben (Bild 04). Die innere
Rotormastwelle ist mit Axialschub und
Biegung belastet, was im Extremfall zu hohen
Deformationen führt. Aus Gründen der Geheimhaltung
dürfen hier nur beispielhafte Daten gezeigt
werden.
Das Modell wurde so aufgebaut, dass die vier
Stufenplaneten einzeln modelliert sind und somit
die Zahneingriffe von Sonnenrad zu den Planeten,
sowie auch von den Planeten zum Hohlrad,
einzeln berechnet werden und auch mit der Kontaktanalyse
separat untersucht werden können.
Ebenso kann die Kegelradstufe mittels der Kontaktanalyse
bewertet werden.
Die Wälzlager sind mit der approximierten in neren
Geometrie gerechnet und somit die Lagersteifigkeit
berücksichtigt. Die Wellen werden mit dem
Balkenmodell nach Timoshenko gerechnet. Die
Radkörper sind als Vollkörper berücksichtigt,
welche ebenfalls eine Nachgiebigkeit nach der
Timoshenko-Balkentheorie zulassen. Eine Nachgiebigkeit
der Radkörper aufgrund der individuellen
Radkörpergeometrie ist hier nicht berücksichtigt.
Die Steifigkeitsmatrix wurde mit Ansys erstellt
und in Kisssys eingelesen (Bild 05, links). Zur
besseren Visualisierung wurde auch das Gehäuse
als Drahtmodell eingelesen. Die Masterknoten
können wahlweise angezeigt werden, um eine optische
Überprüfung zu ermöglichen. Nachfolgend wurde das Koordinatensystem
der Steifigkeitsmatrix (und des Gehäuses) über
drei Punkte mit dem Koordinatensystem von Kisssys ausgerichtet.
Das Getriebe wird an der Ritzelwelle mit einer Drehzahl von rund
6 300 min -1 und einem Drehmoment von knapp 1 000 Nm belastet.
Für die Simulation der externen Rotorlasten werden ein Biegemoment
von rund 2 700 Nm und eine axiale Schublast von rund
25 kN aufgebracht. Dies sind beispielhafte Werte und entsprechen
einem Standardbelastungsfall, wie er im Vorwärtsflug vorkommen
kann. Die Berechnung der Nachgiebigkeiten der Rotorwellen ergibt
eine Durchbiegung von beachtlichen 1,3 mm am oberen Rotorende
der Welle. Die Verformungen können direkt in Kisssys überhöht
angezeigt und somit der Einfluss der Verformung qualitativ abgeschätzt
werden (Bild 05, rechts).
www.kisssoft.ch
04 Anwendung im Helikoptergetriebe und Kinematik mit Leistungsverzweigung
über vier Stufenplaneten
05 Getriebe mit Gehäuse (links) und Deformationen aufgrund externen
Rotorlasten (rechts)
Literaturverzeichnis
[1] ISO 6336, Teil 1, 2006. Tragfähigkeitsberechnung von Stirnrädern – Allgemeine
Faktoren.
[2] Kissling, U.; Flankenlinienkorrekturen – eine Fallstudie; Vortrag DMK 2013,
Dresden, 3. und 4. Dezember 2013
[3] www.kisssoft.ch, KISSsoft Berechnungsprogramme für den Maschinenbau
[4] www.cadfem.ch, Firma CADFEM (Suisse) AG, CH-Aadorf
[5] www.marenco-swisshelicopter.ch, Firma Marenco Swisshelicopter AG,
CH-Pfäffikon
Den 2. Teil dieses Artikels finden Sie in der nächsten
Ausgabe der antriebstechnik
antriebstechnik 3/2016 49