Modelle zur Berechnung der thermischen Leistungsfähigkeit und der Betriebsdauer von Trapezgewindetrieben

Jung, Sven GND

Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Temperatur- und Verschleißverhalten von Trapezgewindetrieben. Hier werden zwei Modelle zur Berechnung der thermischen Leistungsfähigkeit und zur Verschleißberechnung vorgestellt. Ein wesentliches Ergebnis der Dissertation ist die Vorstellung einer dynamischen Methode zur analytischen Beschreibung der thermischen Leistungsfähigkeit von Trapezgewindetrieben. Die neue Methode erweist sich als bessere Alternative zur herkömmlichen statischen Methode. Die herkömmliche Beschreibung des Wärmeverhaltens erfolgt statisch über das empirisch ermittelte Produkt aus der Pressung und der Gleitgeschwindigkeit. Sie erfordert Korrekturfaktoren zur Berücksichtigung der dynamisch veränderlichen Betriebsbedingungen und führt zu wissenschaftlich umstrittenen Zahlenwertgleichungen. Die neue dynamische Methode basiert auf der Wärmetheorie von Fourier/Newton sowie auf physikalischen Zusammenhängen und bestehenden thermodynamischen Modellen für Profilzylinder. Weitere wissenschaftliche Erkenntnisse liefert die Analyse, mit der die Übertragbarkeit von bestehenden allgemeingültigen Verschleißmodellen auf Trapezgewindetriebe überprüft wird. Mittels einer Empfindlichkeitsanalyse werden hier die Einflusseffekte von wichtigsten Einflussgrößen aufgezeigt, die dominant auf das Temperatur- und Verschleißverhalten der Trapezgewindetriebe wirken. Alle hypothetischen Annahmen werden mit empirischen Versuchen gestützt. Die Berücksichtigung der Gleitflächencharakteristik im Modell stellt einen besonderen wissenschaftlichen Mehrwert dar. Die Arbeit ist für Konstrukteure und Anwender der Trapezgewindetriebe interessant. Sie beinhaltet die erfahrungsbasierten Praxisempfehlungen zum Betrieb und zur Bestimmung von benötigten Auslegungsparametern. Hier wird die praktische Anwendung des empirischen Modells zur Berechnung der Betriebsdauer schrittweise beschrieben.

The doctoral thesis deals with the temperature and wear behavior of trapezoidal screw threads. Two models for the calculation of the thermal performance and the wear are presented. An important result of the doctoral thesis is the presentation of a dynamic method for the analytical description of the thermal performance of trapezoidal screw threads. The new method proves to be a better alternative to the conventional static method. The conventional description of the thermal behavior takes place statically over the empirically determined product from the pressing and the sliding speed. It needs correction factors considering the dynamic operating conditions and leads to scientifically controversial numerical equations. The new dynamic method is based on the heat theory of Fourier / Newton as well as on physical relationships and existing thermodynamic models for profile cylinders. Further scientific findings are provided by the analysis, which is used to check the transferability of existing general wear models to trapezoidal screw threads. The sensitivity analysis illustrate the effects of the most important influencing factors, which are dominant in the thermal and wear behavior of the trapezoidal screw threads. All hypothetical assumptions are supported by empirical experiments. The consideration of the sliding surface characteristics in the model represents a special scientific value. The doctoral thesis is of interest to designers and users of the trapezoidal screw threads. It contains the experience-based practical recommendations for the operation and the determination of the required design parameters. Within the thesis the practical application of the empirical model for the calculation of the operating time is described step by step.

Работа посвящена температуре и износу трапециевидных винтовых приводов. Здесь представлены две модели для расчета тепловой характеристики и для расчета износа. Существенным результатом диссертации является представление динамического метода для аналитического описания тепловой характеристики трапецеидальных винтов. Новый метод оказывается лучшей альтернативой общепринятому статическому методу. Прежнее описание тепловой характеристики происходит статически через эмпирически определенный продукт из прессования и скорости скольжения. Это требует применения коррекционных факторов для учета динамически изменяющихся условий эксплуатации и приводит к научно-спорным числовым уравнениям. Новый динамический метод основан на теории тепла Фурье / Ньютона, а также на физических закономерностях и существующих термодинамических моделях для профильных цилиндров. Дальнейшие научные результаты предоставляет анализ, который используется для проверки переносимости существующих универсальных моделей износа на трапецеидальные винты. С помощью анализа чувствительности здесь показаны еффекты важнейших переменных факторов, которые оказывают доминирующее влияние на характеристику температуры и износа трапецеидальных винтов. Все гипотетические предположения подтверждаются эмпирическими экспериментами. Включение характеристики поверхности скольжения в модели представляет собой особую научную ценность. Работа особенно интересна для конструкторов и потребителей трапециевидных винтов. Она содержит практические, основанные на опыте рекомендации для експлуатации и для определения необходимых параметров проектирования. Здесь пошагово описывается практическое применение эмпирической модели для расчета времени работы.

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Jung, Sven: Modelle zur Berechnung der thermischen Leistungsfähigkeit und der Betriebsdauer von Trapezgewindetrieben. 2020.

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