Loading…
Neue Erkenntnisse zur Simulation der Reibkorrosionsvorgänge in torsionsbeanspruchten Welle-Nabe-Verbindungen
Hartmann, Ulrich
In der industriellen Praxis ist Bauteilversagen, welches durch Reibkorrosion initiiert wird, seit langem bekannt. Die große Gefahr reibkorrosionsbedingter Schäden be-steht darin, daß diese erst nach sehr hohen Lastwechselzahlen auftreten. Bisherige Auslegungsrichtlinien verfolgen deshalb primär das Ziel, Reibkorrosion zu vermeiden. Dadurch wird eine optimale Bauteilausnutzung häufig nicht erreicht. Das an der TU-Berlin entwickelte Wirkzonenkonzept stellt einen ersten Ansatz dar, das durch Reibkorrosionsvorgänge geänderte Tragverhalten der Verbindung zu er-fassen und einer Festigkeitsberechnung zugänglich zu machen. Aufbauend auf die-sem Konzept wird in dieser Arbeit der Einfluß der Bauteilgröße, der äußeren Last und des anfänglich wirksamen Übermaßes auf die Reibdauerbeanspruchung untersucht. Unter Zugrundelegung des Wirkzonenkonzepts wird das Verschleiß- und Schädi-gungsverhalten geometrisch ähnlicher, aber unterschiedlich großer Querpreßverbin-dungen simuliert. Anhand von Messungen der Verschleißabtrags- und der Schlupftie-fe sowie der zeitlichen Änderung des Schlupfes an Querpreßverbindungen wurde eine hohe Berechnungsgüte nachgewiesen. Die Berechnungsergebnisse zeigen, daß das versagenskritische Reibschubspan-nungsniveau innerhalb der betrachteten Bauteilgrößen und äußeren Lasten für die gewählten Werkstoffe stets erreicht wird. Demnach ist beim Vorhandensein von Reibkorrosion im betrachteten Durchmesserbereich keine echte Dauerfestigkeit zu erwarten. Der Zeitpunkt des Erreichens hängt allerdings stark von der Bauteilgröße und der äußeren Last ab und führt bei sehr kleinen Verbindungen dazu, daß das versagenskritische Reibschubspannungsniveau im Betrieb meist nicht erreicht wird. Dies führt zum Vorschlag, eine „Technische Dauerfestigkeit“ mit einer Ecklastspiel-zahl von etwa 108 Lastwechseln einzuführen. Bauteilgröße, äußere Lasten und anfänglich wirksames Übermaß haben entschei-denden Einfluß auf die Lastwechselzahl bis zum Erreichen der max. Beanspruchung. Durch geschickte Wahl dieser Größen kann vermieden werden, daß das kritische Niveau der Reibschubspannungen im Betrieb erreicht wird.
Failure of machine elements caused by fretting fatigue is well known. In industrial design fretting fatigues is very risky because its occurrence is often observed after a huge period of live cycles. This is the reason why many technical regulations try to avoid fretting fatigue by hard restrictions. Under these restrictions it is hardly possible to become a good exploitation of machine elements. The “Wirkzonenkonzept”, which is developed at the Technical University of Berlin, tries to seize the changed wear behaviour to make it transparent for calculation. Based on this concept the influence of size, load and oversize is investigated in this thesis. Comparison between simulation and own experiments shows a good correspondence. The results of simulation show that the stress level which causes crack initials is always achieved. So it seems that no fatigue strength can exist when fretting fatigue is present. The number of life cycles until the crack initial starts depends from size, load and oversize. Small shrink fitted shafts often do not achieve the stress level which causes crack initials. For this it is suggested to bring in the item “Technical fatigue strength” with the fatigue strength number of approximately 108 cycles. By clever handling the items size, load and oversize it is possible to avoid the stress level which causes crack initials during operation time.
