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Mehr Effizienz im Tagesgeschäft: Systembetrachtung von Getrieben mit der FVA-Workbench 5.0

Mehr Effizienz im Tagesgeschäft: Systembetrachtung von Getrieben mit der FVA-Workbench 5.0

Die FVA-Workbench vereint performanceorientierte, hochgenaue und verifizierte Berechnungsmethoden zur Getriebeauslegung mit einer benutzerfreundlichen Modellierung und Anzeige von Berechnungsergebnissen.

 

Die Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) fördert und organisiert seit über 50 Jahren Gemeinschaftsforschung im Bereich der Antriebstechnik. Dabei wurden eine Vielzahl von Berechnungsmethoden zur Auslegung und Nachrechnung von Getrieben entwickelt. Diese, an den führenden Forschungsinstituten entwickelten und mit Versuchen abgesicherten Methoden, sind seit Jahren in der industriellen Anwendung bewährt und bilden vielfach die Grundlage für genormte Verfahren. In dem Programmsystem FVA-Workbench werden sowohl diese Normberechnungen als auch die detaillierten Methoden zur Getriebeberechnung in einer einheitlichen und einfach zu bedienenden Benutzeroberfläche zusammengefasst. Damit öffnet die FVA-Workbench dem Anwender den Zugang zu den neusten Forschungsergebnissen und Erkenntnissen der Branche.

Die FVA-Workbench ist eine herstellerneutrale Softwarelösung für die professionelle Modellierung von einzelnen Getriebekomponenten bis hin zu vollständigen Getriebesystemen. Das mächtige Tool ist für sämtliche Konstruktionsaufgaben rund um das optimierte Getriebe das passende Werkzeug und bietet dem Anwender dank der performanceorientierten Berechnungsmethoden mehr Effizienz im Tagesgeschäft. Mit den verifizierten Lösungen der FVA kann ein Großteil der Geometrien in kürzester Zeit analytisch beschrieben werden. Bei geometrisch komplexeren Strukturen werden die analytischen Verfahren durch numerische ergänzt.

Schon der Aufbau der Getriebestruktur in der FVA-Workbench zielt auf eine deutliche Steigerung der Effizienz von Konstruktionsprozessen ab. Durch die stufenbasierte Modellierung können auch komplexe Modelle, z.B. Getriebe in Helikoptern, Schiffantriebe oder Windenergieanlagen, auf einfache Weise sukzessiv aufgebaut werden, wobei stets eine durchgängig berechenbare Getriebestruktur entsteht. Die Drehmoment- und Kraftübertragung zwischen den einzelnen Maschinenelementen erfolgt dabei automatisch, wie es einem realen Getriebe entspricht, ohne dass diese Verknüpfungen vom Benutzer zusätzlich definiert werden müssen. Die Dateneingabe wird weiterhin durch eine Reihe logischer Zusammenhänge und Regeln unterstützt, sodass die Modelle jederzeit konsistent und korrekt sind.

Die Berechnung des Getriebesystems baut auf sehr schnellen und hochgenauen Berechnungen auf. Dabei werden analytische Lösungen immer dort eingesetzt, wo diese ohne Genauigkeitsverlust angewendet werden können. So werden die Wellen als Timoshenkobalken unter Berücksichtigung des Schubeinflusses berücksichtigt. Die Verzahnungen werden als elastischer Halbraum modelliert und die Lastverteilung im Wälzlager mittels der Hertzschen Theorie berechnet. Dabei lässt sich auch die Lastverteilung über einem Wälzkörper auflösen. Neben den genannten Methoden sind weitere Berechnungen verfügbar:

  • Tragfähigkeitsnachweis von Stirnrädern nach nationalen und internationalen Normen (DIN 3990, ISO 6336, AGMA 2101 und viele mehr) sowie Tragfähigkeitsnachweise nach den Rules der gängigen Klassifizierungsgesellschaften
  • Tragfähigkeitsnachweis von Kegelrädern nach nationalen und internationalen Normen (DIN 3991, ISO 10300, AGMA 2003…) sowie Klassifizierungsgesellschaften
  • Berechnung der lokalen Flankenbeanspruchungen von Stirnradstufen auf Basis von analytischen [FVA 30] oder FEM-basierten Ansätzen [FVA 127]
  • Berechnung der lokalen Zahnfußbeanspruchungen von Stirnradstufen auf Basis von BEM-basierten [FVA 732] oder FEM-basierten Ansätzen [FVA 127]
  • Berechnung der lokalen Flanken- und Zahnfußbeanspruchungen von Kegelrad- und Hypoidstufen [FVA 223]
  • Berechnung der Lastverteilung in Wälzlagern auf Basis von analytischen Ansätzen [LAGER2HP]
  • Berechnung der Verlustleistung und des Wärmehaushaltes auf Basis von FVA-Forschungsergebnissen [FVA 69]

Sind Strukturen nicht mehr ohne Informationsverlust analytisch beschreibbar, werden numerische Methoden herangezogen, um die analytischen Verfahren zu ergänzen. Die Finite-Elemente-Methode (FEM) findet insbesondere bei Getriebegehäusen, Planetenträgern und Radkörpern Anwendung. In einem – der Berechnung vorangestellter – Arbeitsschritt, werden die Steifigkeitsmatrizen der FE-Rechnung zu einer Steifigkeit auf die Lagerstellen reduziert, sodass sich die Koppelstellen verhalten, wie der vollständige FE-Körper.

Der Systemansatz spiegelt sich auch in der neuen Ergebnisausgabe der FVA-Workbench wieder. Hier können alle in einem Getriebesystem berechneten Ergebnisse der einzelnen Maschinenelemente in Reports übersichtlich in benutzerdefinierbaren Tabellen und interaktiven Grafiken dargestellt und abgespeichert werden. Da diese Reports im HTML-Format vorliegen, lassen sie sich auch außerhalb der FVA-Workbench unter Beibehaltung aller interaktiven Funktionalitäten anzeigen. Sie können dokumentiert und an Kunden und Kollegen zur anschaulichen Darstellung der Ergebnisse weitergegeben werden.

 

Quelle: FVA GmbH

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