FVA 223 XXIII Innovative tooth contact analysis with NURBS-surfaces
|
Full title: |
Die Ausgleichsflächenberechnung mit NURBS in der modernen Zahnkontaktsimulation |
| Duration: | 09/2021-12/2022 |
|
Contributor: |
Dipl.-Ing. Felix Müller (IMM) |
| Financing: | Forschungsvereinigung Antriebstechnik (FVA) |
| Objective: |
Mit dem Programmpaket BECAL steht der FVA eine umfangreiche Software zur Verfügung, welche die lokale Zahnkontaktsimulation aller gängigen Zahnradformen ermöglicht, wie z.B. Stirnrad-, Kegel-, Hypoid- und Beveloidverzahnungen. Die Soll-Geometrie der komplexen Verzahnungen kann entweder in einer programmeigenen Fertigungssimulation erzeugt oder über einen Geometrie-Import bereitgestellt werden. Für die Bestimmung der exakten Kontaktverhältnisse in der Abwälzsimulation werden die diskreten Flankenpunkte in eine stetige und differenzierbare Abbildung überführt. Derzeit handelt es sich dabei um eine Approximation mittels Bézier-Tensorproduktflächen. Mit dieser Flächenbeschreibung kann es je nach Zahngeometrie zu erheblichen Abweichungen kommen. Insbesondere Kopf-, Fuß- und Endrücknahmen, stark gekrümmte Zahnfußgeometrien oder unstete topologische Messdaten durch z.B. Auskolkungen infolge von Grauflecken können damit nur unzureichend abgebildet werden. Aus dieser Problemstellung heraus wurde eine Vorabstudie durchgeführt. Dabei wurden alternative Flächenansätze untersucht mit dem Ergebnis, dass der Ansatz Nicht Uniformer Rationaler B-Splines (NURBS) die höchste Abbildungsgenauigkeit aufweist. |
| Approach: | Auf dieser Grundlage sollen im Rahmen des Vorhabens NURBS-Flächen in BECAL integriert werden, wobei die Implementierung sowohl für die Approximation der Flanken- als auch Fußgeometrie erfolgen soll. Dabei sollen folgende Anforderungen erfüllt werden: eine hohe Rechenstabilität, eine möglichst geringe Rechenzeit, eine sichere Auslegung von Verzahnungen mit Rücknahmen an Kopf und Fuß, Berücksichtigung von Radien an der Zahnberandung (z.B. Schmiederadien an Differentialkegelrädern) sowie die Verarbeitung von Messdaten mit lokal begrenzten Schäden. Zur Validierung des neuen Flächenansatzes sollen verschiedenartige Testfälle erstellt werden, anhand derer der Einfluss der Flächenabbildung auf die Ergebnisse der Zahnkontaktanalyse ermittelt und eine Eignung festgestellt werden kann. Für eine hohe Nutzerfreundlichkeit sollen Eingabe- und grafische Ausgabemöglichkeiten konzipiert werden, die eine schnelle und effiziente Gestaltung der Flanken- und Fußflächen sowie eine gezielte Verifikation der Ausgleichsflächen gewährleisten. |
