Wellen sind essentielle Maschinenelemente zur Übertragung von Kräften und Momenten in Getrieben. Die Forderung der Industrie nach Leistungssteigerung in der Antriebstechnik erfordert höhere Festigkeiten der Wellen. Zur Steigerung der Tragfähigkeit können einerseits höherfeste Werkstoffe und andererseits mechanische Oberflächenverfestigungsverfahren genutzt werden. Das effektive und kostenschonende Verfahren des Festwalzens wird am kritischen Querschnitt des Bauteils zur lokalen Festigkeitssteigerung durchgeführt. Bekannte Auslegungskonzepte, wie die DIN 743 oder auch die FKM Richtlinie berücksichtigen die aus dem Prozess eingebrachten Druckeigenspannungen jedoch nicht oder nur unzureichend. In diesen Auslegungsrichtlinien wird die Tragfähigkeitssteigerung mittels Diagrammen zum Einflussfaktor der Oberflächenverfestigung KV abstrahiert.
Es wird davon ausgegangen, dass der Faktor KV die Tragfähigkeitsreserven festgewalzter Bauteile unterschätzt. Der vorliegende Beitrag zeigt auf, wie mittels numerischer Methoden der Einfluss von Druckeigenspannungen auf die Festigkeit von wellenartigen Bauteilen beschrieben werden kann. Dies ermöglicht die Abschätzung und Erschließung vorhandener Tragfähigkeitsreserven.
Auf Basis eines mittels röntgenographischer Eigenspannungsmessungen validierten Simulationsmodells für das Festwalzen ungekerbter Bauteile, werden die numerisch ermittelten Eigenspannungen in Festigkeitssimulationen sowohl auf einer Kleinteilprobe als auch einer Bauteilprobe aufgeprägt. Es erfolgt eine elastisch-plastische Simulation des lokalen Beanspruchungszustandes im Bereich dauerfest ertragbarer Lasten entsprechend der Versuchsergebnisse. Ausgewertet werden das Spannungs- und Dehnungsverhalten am kritischen Querschnitt während der Lastwechsel sowie der Eigenspannungsabbau. Abschließend werden die Simulationsergebnisse mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. / Shafts are essential machine elements for the transmission of forces and moments in
gearboxes. The industry's demand for increased performance in drive technology requires
higher fatigue strengths. The effective and cost-saving process of deep rolling is carried
out on the critical cross-section of the component to increase fatigue strength locally.
However, known design concepts such as DIN 743 or the FKM guideline do not or only
insufficiently take into account the residual compressive stresses introduced by the
process. In these design guidelines, the increase in fatigue strength is abstracted by
means of diagrams on the influence factor of surface condition KV. It is assumed that the
factor KV underestimates the fatigue strength reserves of deep rolled components. This
article shows how numerical methods can be used to describe the influence of residual
compressive stresses on the fatigue strength of shaft-type components. This enables the
estimation and utilisation of existing fatigue strength reserves.
Based on a simulation model for deep rolling of unnotched components validated by
means of X-ray residual stress measurements, the numerically determined residual
stresses are applied to a specimen as well as a component in strength simulations. This is
followed by an elastic-plastic simulation of the local stress distribution with ultra-high-cycle
fatigue loads according to the experimental results. The stress and strain behaviour at the
critical cross-section during the load cycles and the residual stress reduction are
evaluated. Finally, the simulation results are compared with the experimental results.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:91803 |
| Date | 20 June 2024 |
| Creators | Muhammedi, Benjamin, Günther, Stefanie, Werner, Thomas |
| Contributors | Technische Universität Chemnitz |
| Publisher | Universitätsverlag Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:conferenceObject, info:eu-repo/semantics/conferenceObject, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-898394, qucosa:89839 |
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