Torsionsbelastete Rändelpressverbindungen - Gestaltung, Ausführung und Auslegung

Mörz, Florian GND

Shaft-hub connections are a common machine element for the connection and load transmission between rotating shafts. In general shaft-hub connections can be classified in frictional, positive-locking and adhesive bonded types. Knurled interference connections are a special design of shaft-hub connection. They are combining the mechanisms of frictional- and positive locking in one connection type. As a result, this type of connection can be used a.o. to transmit very high torsional loads compared with conventional purely frictional or positive connections. Thus knurled interference connections can be used as an alternative to conventional shaft-hub connections for the ongoing optimization in the powertrain with regard to performance enhancement and lightweight construction. The manufacturing of the connection parts can be carried out with industrial usual workshop equipment and little effort compared to other connection types. For this purpose, the knurls of the specimens used are manufactured using three different knurl manufacturing techniques. Within the scope of the work, extensive experimental investigations are carried out on the static and dynamic torsional moment transfer capability of knurled interference connections. In contrast to previous research, the knurl geometry standardized according to [DIN 82] is modified by an ablation at the knurl tooth tips and an additional fillet in the tooth root area between the knurl teeth. These adjustments reduce the notch effect within the connection and further increase the torsional moment transfer capacity. The removal of the tooth tips can also help to improve the concentricity and the manufacturability of the connection. In addition to the results on the transfer capacity, the lubrication influence, the wear behaviour and the reusability of the connection type is characterized in more detail. Based on the experimental results and additional numerical investigations, the previously existing design concepts for knurled interference connections are extended and modified for practical application, including the use of thin-walled hubs. Overall, the findings and results of this thesis enable a focused and manufacturingoriented design and realization of knurled interference connection. In combination with the extended dimensioning concept, this broadens the basis for the application and acceptance of knurled interference connection.

Welle-Nabe-Verbindungen sind ein technisch weit verbreitetes Maschinenelement zur Verbindung und Lastübertragung zwischen rotierenden Bauteilen. Dabei kann prinzipiell zwischen reibschlüssigen, formschlüssigen und stoffschlüssigen WelleNabe-Verbindungen unterschieden werden. Rändelpressverbindungen stellen eine spezielle Form der Welle-Nabe-Verbindung dar. Sie zeichnen sich durch eine Kombination von reib- und formschlüssigen Mechanismen zur Lastübertragung aus. Dadurch können sehr hohe Torsionslasten im Vergleich zu herkömmlichen, rein reib- oder formschlüssigen Verbindungen übertragen werden. Für die fortlaufende Optimierung im Antriebsstrang hinsichtlich Leistungssteigerung und Leichtbau, stellen Rändelpressverbindungen folglich eine attraktive Alternative zu konventionellen Welle-Nabe-Verbindungen dar. Die Herstellung der Verbindungskomponenten kann mit vergleichsweise geringem Aufwand und üblicher industrieller Werkstattausstattung erfolgen. Dazu werden die Rändelungen der verwendeten Probekörper mit drei verschiedenen Rändelherstellungsverfahren gefertigt. Im Rahmen der Arbeit werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur statischen und dynamischen Torsionsmoment-Übertragungsfähigkeit von Rändelpressverbindungen durchgeführt. Im Gegensatz zu bisherigen Untersuchungen wird die nach [DIN 82] genormte Rändelgeometrie durch einen Abtrag an den Rändel-Zahnköpfen und eine zusätzliche Ausrundung im Zahnfußbereich zwischen den einzelnen Rändel-Zähnen modifiziert. Die Anpassungen reduzieren die Kerbwirkung innerhalb der Verbindung und erhöhen die TorsionsmomentÜbertragungsfähigkeit weiter. Der Abtrag der Zahnköpfe kann zudem zur Verbesserung der Rundlaufgüte und zur besseren Herstellbarkeit der Verbindung beitragen. Neben den Erkenntnissen zur Übertragungsfähigkeit werden der Schmierungseinfluss, das Verschleißverhalten und die Wiederverwendbarkeit der Verbindungsart näher charakterisiert. Auf Basis der Versuchsergebnisse und zusätzlicher numerischer Untersuchungen werden die bisher bestehenden Auslegungskonzepte für Rändelpressverbindun- gen erweitert und für eine praxisnahe Anwendung auch bei der Verwendung dünnwandiger Naben modifiziert. Insgesamt ermöglichen die Erkenntnisse und Ergebnisse dieser Arbeit eine zielgerichtete, fertigungsgerechte Gestaltung und Ausführung von Rändelpressverbindungen. In Kombination mit dem erweiterten Auslegungskonzept wird damit die Basis für die Anwendung und Akzeptanz von Rändelpressverbindungen verbreitert.

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Mörz, Florian: Torsionsbelastete Rändelpressverbindungen - Gestaltung, Ausführung und Auslegung. Clausthal-Zellerfeld 2021. TU Clausthal.

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