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Hallo,

habe folgendes Problem. Ich möchte die Verzahnungskräfte eines Schneckengetriebes ermitteln.
Wenn ich den Aufbau importiere und eine Analyse mit Verbund im Kontaktbereich mache geht dies
relativ schnell. Sobald ich aber als Kontakttyp Reibungsbehaftet auswähle dann berechnet er mehrer Stunden.
Als Resultat erhalte ich eine durch das angelegte Momente Drehhende Schnecke die sich aber aufweitet. Im Schneckenrad
ist keinerlei Spannung etc. zu erkennen. Als wäre das Schneckenrad aus Luft.

Hat jemand eine Lösung?

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hm, hört sich so an als wenn dein rad wirklich durchdreht.
Die WB stellt derhungen gern mal als ein "Aufblähen" dar.

Grundsätzlich sind die 2 VArianten grund verschieden. Mit "Verbund" hast du ein von Beginn an geschlossenen linearen kontakt und dein model wird eben  linear gelöst. Wenn du dann auf "reibungsbehaftet" umschaltest, ist der Kontakt
1. nicht linear
2. vermutlich (default) von beginn an offen

1.) macht dein ganzes model nicht linear und daher dauert es halt länger.
Offensichtlich schließt er auch nicht wärend der rechnung.

Wie sieht denn dein Konvergenzverhalten aus?
welche Einstellungen für die Schrittgrößen hast du denn gewählt?
Wie sehen deine Kontakteinstelungen im detail aus?

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modell.JPG kontakt.JPG kontaktbereich.JPG

habe 3 Bilder meines Modells gemacht.
Daran kannst du auch die Einstellungen sehen die ich vorgenommen habe.

Es kommt auf jedenfall immer eine Fehlermeldung über fehlende Randbedingungen wenn
ich die reibungsbehaftet Analyse mache. Beim Verbund nicht.
Als Analysetyp habe ich Statisch-Mechanisch gewählt.

Die Physikalische Relevanz des Netztes ist fein. Die Elementqualität ist Hochwertig mechanisch

Noch zum Modell. Beide Teile wurden als gefroren definiert. Der Kontaktbereich wurde von Ansys selbst
erstellt.

Wo finde ich die Schrittgrößensteuerung ?

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hi,
gut das du die bilder mitgepostet hast. Da hatt man mal nene eindruck von den gegebenheiten.
Also ich denke das du das maodel nochmal etwas überdenken solltest.
du schreibst das du die Verzahhnungskräfte ermitteln willst. Vermutlich dann auch noch die Spannungen an den Zähnen. Dazu brauchst du ja kein
360° zahnrad. Das segment des Zahnrades dessen Zaähne im Eingriff sind +  2-3 weitere Zähne sollten reichen. Auch die Schneckenwelle brauchst du ja nicht so lang. Der Bereich mit der Schnecke sollte reichen. Überleg dir auch ob du für ein erstes Model alle Geometriedetails brauchst. Sprich Radien / Fasen. Versuch es erstmal aufs wesentliche zu beschränken.

==> Dadurch wird dein Model deutlich kleiner.

Deine RAndbedingungen sind mir auch noch nicht ganz klar.
Das Zahnrad kann kann axial gleiten und sich drehen. So ist es erstmal nicht stat. bestimmt gelagert und du wirst auch keine Spannungen erzeugen, da das Abtriebsmoment fehlt. Also das  Zahnrad kannst du sicher einfach fixieren (radial und axial sitzt es auf seiner welle fest und eine Verdrehung verhindert das Abtriebsmoment).

Zum Kontakt.
-Ein symmetrischer Kontakz ist so gut wie nie nötig
- achte daauf das die Kontaktflächen ausreichend viele elemene haben.

kannst ja nochmal schreiben ob und was du ändern willst.

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Zum Hintergrund der ganzen Sache. Ich bearbeite eine Studienarbeit für einen Wischergetriebehersteller. Durch die Werte der Verzahnungs- und der Lagerkräfte möchte sie eventuell das Getriebe optimieren

Das Zahnrad war ursprünglich viel komplexer aufgebaut. Habe es schon durch die Füllenoption vereinfacht.

Die Ankerwelle ist am Ende im Poltopf des Motors gelagert. Vorne befindet sich ein Kugellager.

Bei der Poltopflagerung  (externe Verschiebung) sind alle Freiheitsgrade bis auf die Z-Rotation gesperrt.
Beim Kugellager habe ich ein Zylindrisches Lager eingesetzt. Radial und axial gesperrt. Tangential frei. Das Gleiche ist bei der Lagerung des Zahnrades.

Müsste doch richtig definiert sein oder ?

Das mit dem Abtriebsmoment habe ich nicht verstanden. Wenn ich das Zahnrad axial, radial und tangential sperre dann bedeutet dies der Blokierfall. Das Moment an der Abtriebswelle hat bei nasser Scheibe 3Nm. Bedeutet das, dass ich diese auch in der Simulation angeben muss?

Du meinst also, dass ich das Zahnrad einfach viertle? Muss ich irgendwelche Symmetriebedingungen setzen ? Reibungsfreie Lagerung etc.?

Was bedeutet der Symmetrischer Kontakt genau ? Welche andere Einstellung wäre sinnvoll ?

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lagerungen.JPG

Habe das Netz an der Schnecke verfeinert und das verhalten auf Auto. Asymetrisch gesetzt.
Jetzt macht er die Analyse in 20 min.
Die Fehlermeldung wegen den Ranbedingungen besteht aber nach wie vor.

Zu den Zylindrischen Lagern:
Poltop und Kugellager
Axial, Radial --> fest
Tangential --> frei

Abtriebswelle
Axial, radial, Tangential --> fest

Eigentlich müsste es doch so statisch bestimmt sein oder ?

Laut Berechnung erhalte ich an der Verzahnung Kräfte von ca. 6,5N bei
einem Moment von 0,0272Nm.
An der Abtriebswelle aber leider nur 0,000XXX Nm obwohl dieses 0,173Nm sein sollte.

Das merkwürdige ist, dass bei einem Ankermomnet von 0,0272Nm
mit einer Übersetzung von i=66 eigentlich 3Nm an der Abtriebswelle anliegen sollten.

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Was mir aufgefallen ist: Im Seminar legte man uns nahe, die "Kontaktsteifigkeit aktualisieren" auf "Bei jeden Iterationsschritt" zu setzen...

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Wieso bläht sich die Welle eigentlich so auf ? Ist das nur ein Darstellungsfehler ?
Durch das Aufweiten entsteht nämlich Kopfstoß und die Welle drückt von oben auf das Zahnrad

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hi,
ich bin etwas verwirrt. Was erwartest du denn an der Abtribswelle (Zahnrad) für ein Moment?

Zitat:

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An der Abtriebswelle aber leider nur 0,000XXX Nm obwohl dieses 0,173Nm sein sollte

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oder

Zitat:

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mit einer Übersetzung von i=66 eigentlich 3Nm an der Abtriebswelle anliegen sollten.

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Da du schreibst dass du immernoch die Warnung bezüglich der rigid body motion bekommst und kein Moment am Abtrieb entsteht

Zitat:

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An der Abtriebswelle aber leider nur 0,000XXX Nm

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nehme ich mal an das der Kontakt noch nicht funktioniert. Denn der Rotationsfreiheitsgrad des Antriebes ist offensichtlich der einzige der noch übrig bleibt. Bei solchen Problemen ists immer ne gute idee von einer Kraftgesteuerten Rechnung auf eine Weggesteuerte überzugehen. Der Grund ist einfach der das beim ersten Lastschritt ein Moment wirkt was deine Welle soweit dreht das der Kontakt aus dem Pinnball rausläuft, bevor der erkannt wird.

Also
1. Moment durch eine Winkelverdrehung am Antrieb ersetzen (remote
  displacement)
2. explizit eine nl analyse definieren (große Verformungen anschalten)
3. Mit kleinen Lastschritten starten
4. den Pinball am Kontakt hoch setzen
5. zur Überwachung der Rechnung kannst du ein solution tracking
  einfügen das dir die Anzahl der Kontaktelemente anzeigt die im
  Eingriff sind.

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also an der Abtriebswelle soll ein Moment von 3Nm anliegen.
Nach der Literatur kann man das Antriebsmoment wohl nicht berechnen. Das müsste ungefähr 3Nm/66 sein. Bei i=66.

Nun ja das ist erstmal das kleinste Problem.

Ich habe jetzt wie vorgeschlagen das Antriebsmoment durch die externe Verschiebung mit Z-rotation 10° ersetzt. Die anderen Richtung sind fest. Kugellager ist nach wie vor tangential frei. Axial und radial fest.
Das Schneckenrad ist nach wie vor fixiert.

Was meinst du mit kleinen Lastschritten? Die Verdrehung?
In welchem Bereich soll ich den Pinballbereich ändern ? Bzw.
was sind plausible Werte?

Bei der Simulation mit 10° Verdrehung entstehen relativ große Schubspannungen im Lagerbereich. Die Verzahnungskraft beträgt 10^-3
Wobei ich nun erkennen kann dass sich das Zahnrad endlich zumindest einwenig dreht :-)

Die Fehlermeldung mit den Randbedingungen besteht nach wie vor.
Zusätzlich kam eine erneute dass aufgrund der großen Verformung die Lager unwirksam geworden sind.

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mir ist bis jetzt noch nicht klar, wie ich genau über die weggesteuerte Rechnung zum Ziel komme.
Wenn ich 20° verdrehe wie erkenne ich dass an der Abtriebswelle 3 Nm anliegen wenn diese fixiert ist.
Ich benötige ja die Verzahnungskräfte bei 3Nm.

Annahme:
Wenn 3 Nm an der Abtriebswelle entgegen der Drehrichtung anliegen und ich die Schnecke um 360° verdrehe (Dies entspricht genau einem Zahn am Zahnrad) müsste doch die Kraft anliegen die dafür benötigt wird oder ?

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solvereinstellungen.png

hi,
na ist ja schön wenns erste erforlge gibt. :-)
Allerdings sollte sich dein Zahnrad aber doch nicht drehen! Du machst doch eine STATISCHE Rechnung.

Zu deinen Fragen

Wenn due Weggesteuert rechnest dann gibst du genau die Verdrehung auf das an der Abtriebswelle (Fixierung des Zahnrades) eine Reaktionskraft/Momnet vom gewünschten Abtriebsmonent entsteht. Also einfach in WB eine Stichprobe mit der Momentenreaktion auf die Randbedingung des Zahnrades. Und dann den Winkel am Antrieb entsprechend skalieren (ich denke das 10° für ein blockierendes Zahnrad sehr viel sind).

Das "Aufblähen" der Welle ist sicher eine Frage der grafischen Darstellung. Sie soll, so denke ich, eine Verdrehung (die sonst ja nicht zu erkennen wäre) darstellen.

du schreibst in deinem vorletzten Post 

Zitat:

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Das Schneckenrad ist nach wie vor fixiert.

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Verstehen wir uns richtig, du meinst das Ding was wie ne Schnecke aussieht und auf der ANTRIEBswelle sitzt? Das sollte sicher nicht fixiert sein sonder das Zahnrad auf der ABTRIEBSwelle.

Die Zeitschrittsteuerung (automatic timestepping) aktivierst du unter den Analyseeinstellungen (Bild). Damit kannst du deine Gesammtlast halt schrittweise erhöhen (in kleinen Schritten!) sodass deine Kontakltflächen immer innerhalb des Pinball bleiben. Dieser wird dir ja in der WB als eine Kugel dargestellt. Den Wert hierfür solltest du nach Gefühl einstellen. So ca. den Abstand zwischen 2 Zähnen. Zu groß kann er eigentlich nicht sein, eher zu klein.

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Habe nochmals mit meinem Auftraggeber gesprochen.

Folgendes kam dabei raus. Es soll eine Umdrehung der Antriebswelle realisiert werden. Das bedeutet ein abwälzen des Zanhradzahnes.
Dabei sollen die Lagerkräfte bzw Verzahnungskräfte dokumentiert werden.

Die statische Analyse ist dafür natürlich nicht geeignet.
Wie könnte man dieses Problem am besten angehen.
oder gibt es eine Alternative um die Kräfte zu erhalten?

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hi,
na wenn du das wirklich simulieren willst, bleibt dir wohl nur eine transiente Berechnung über. Ersetz die Fixierung am Zahnrad (Abtrieb) durch eine entsprechende Feder die dir die 3Nm Last erzeugt und gib dann eine Drehzahl entsprechend des Antriebes auf die Antriebswelle.

Ich kenn nathürlich die Hintergründe nicht, aber wenns um ne Auslegung des Zahnes geht, reicht meiner Meinung nach die Maximallast. Aber wer weiß was dahintersteckt

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Das mit der trasienten Analyse werde ich später mal versuchen.
Also an der Antriebswelle (Schnecke) bleibt nach wie vor die Umdrehung?

Habe nochmals die Einstellung nach deinem letzten Post überprüft. Wenn ich die Schnecke um 2-3 Grad verdrehe und das Zahnrad fixiere erhalte ich nicht wirklich große Kräfte in der Verzahnung und dadurch natürlich auch kein Moment am Abtrieb.

Pinball habe ich jedoch auf Programmgesteuert da er mit einem selbdefiniertem Radius Ewigklgkeiten rechnet.

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also habe jetzt die statische lösung verlassen. komme einfach auf keine kräfte bzw momente.

bei der trasiente berechnung habe ich folgende einstellung gemacht.
lagerungen an antriebswelle (Schnecke) wie gehabt mit 2 zylindrischen lagern. tangential frei.

für die umdrehungen habe ich unter Kontakt/verbindung die umdrehung bei körper-fixpunkt gewählt und die hintere Fläche für die verdrehung angegegen. Bei der Lösung habe ich zum testen 1rad/s gewählt.
Das Zahnrad habe ich zur vereinfachung erstmal zylindrisch gelagert und wieder tangential frei gelassen.

Wie ich die feder befestige habe ich bis jetzt nicht herausgefunden.
Wo soll ich beide enden der feder definieren ?
Kann ich kein Gegenmomnet anstelle der feder nehmen ?

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hi,
mit dem gegenmoment hast du recht. Die feder war ne blöde idee, sorry. Bei der würde das Moment mit dem Drehwinkel steigen.

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also mit der transiente analyse funktinoniert nun alles. das problem war, dass ich zuwenig substeps verwendet hatte. löse jetzt 10 grad auf. also 36 steps für 360 grad.

Die frage ist jetzt, ob sich der kontaktbereich nach jedem substep aktualisiert oder ob ich den kontaktbreich vor der berechnung manuell so auslegen muss dass er auch die 360 grad umdrehung der ankerwelle erfasst.

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Hi,

ist die zylindrische Lagerung bei Ansys nicht auch axial Frei?

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Das Aufblähen ist dadurch bedingt, dass große Verformungen ausgeschaltet sind. Schalte die geometrische Nichtlinearität ein und dieses Verhalten ist weg.

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