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Keilwelle_Ansys.STP

Hallo zusammen,
wir möchten eine Keilwelle mit Ansys auslegen bzw. berechnen. Im Anhang das vereinfachte Modell. Hier eine kurze Modellbeschreibung:
Die Keilwelle (1, mittig) greift in das Keilwellengehäuse (2) und wird über eine Antriebswelle (3) mit Passfeder angetrieben.

Ziel ist es eine Notstopsituation zu simulieren. Eine Krafteinleitung geschieht über ein Drehmoment von 1050 Nm. Hierzu soll eine Vergleichsspannung ermittelt werden.

Ergebnis:
- Am Übergangsbereich der Keilwelle entstehen starke Spannungen. Diese möchten wir möglichst reduzieren, können jedoch nicht größer im Durchmesser werden, weil wir an das Keilwellengehäuse gebunden sind.
- Eventuell gibt es an genau dieser Stelle Singularitäten.

Fragen:
a) Wie vernetzen wir den Übergangsbereich richtig. Wir haben hier eine Bereichsvernetzung von 0,5mm gewählt

- Vernetzung: automatisch mit definierter kleinerer Elementgröße, weitere verfeinerung des Netzes über "Elementgröße > Einflussbereich" an kritischer Stelle

b) Sind die Randbedingungen richtig gewählt:

Kontakte: (wegen der Rechenzeit nicht als "Reibungsfreier Kontakt" angenommen)
- Keilwelle + Keilwellengehäuse: Keine Trennung
- Keilwelle + Passfeder an Antriebswelle: Keine Trennung

Drehmoment:
- Moment mittig per definiertem Koordinatensystem auf Antriebswellen-Stirnseite

Lagerung:
- Lagerung Keilwellengehäuse: Zylindrische Lagerung mit Axial/Tangential/Radial "Fixiert"
- Lagerung Antriebswelle: Zylindrische Lagerung mit Axial/Tangential "frei" und Radial "Fixiert"
(- Lagerung der Keilwelle: Verschiebung in axiale Richtung (hier x) gesperrt.)-Das lagern der Keilwelle brachte keine Ergebnisveränderung.

Wir hoffen hier kann uns wer weiterhelfen.

MFG hca

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Ein Bildchen wäre hilfreich.

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Gruß, A.

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keil1.JPG keil2.JPG

Bilder im Anhang.

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Hallo,

ich antworte auf die einzelnen Punkten mit Nummern, dann wird die spätere Diskussion einfacher.

1. " Eventuell gibt es an genau dieser Stelle Singularitäten.".
Das ist der Fall.

2. "Wie vernetzen wir den Übergangsbereich richtig. Wir haben hier eine Bereichsvernetzung von 0,5mm gewählt"
Um lokale Spannungen auszuwerten muss die Singularität eliminiert werden z. B. durch eine konstruktive Maßnahme wie eine Verrundung.
Wenn die dann steht, dann kann man über Vernetzungsgüte sprechen. Dazu Ein Netz wählen, das dafür sorgt dass gemittelte und ungemittelte Spannungen gleich sind. Man braucht über den Umfang nicht alle Kerben fein zu vernetzen. Eine reicht auch, sofern das Ergebnis damit "verkaufbar" ist (Tipp: Ausschnitt auf nur einen Hotspot).

3. Randbedingungen:
Klingt plausibel, sofern kein pendeln (Pendelrollenlager) stattfindet.

4. Kontakt: Keine Trannung überträgt Druckkräfte und Zugkräfte. Damit verfälscht der Kontakt das Ergebnis. Ich könnte mir aber vorstellen, dass mit reibungsbehaftetem Kontakt die Spannungen niedriger sind, weil die Nachgiebigkeit höher sein könnte. Ohne Bild der Geometrie, Verformung und Spannung ist das nicht gut zu bewerten.

Viele Grüße
CG

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Christof Gebhardt

CADFEM GmbH
Marktplatz 2
85567 Grafing
Tel. +49 (0) 8092 7005 65
cgebhardt(at)cadfem.de
www.cadfem.de

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gemittelt.JPG kontakt.JPG ungemittelt.JPG

Hallo Herr Gebhardt und vielen Dank für die Antwort,

wir haben die Keilwelle nun etwas umkonstruiert und kommen derweilen auf weit bessere Ergebnisse. Dennoch bleibt die Singularität bestehen. Wir sind bereits bei einer Netzgröße von 0,1mm angelangt. Eine Lösung erzielen wir nur mit Kontakt "Keine Trennung" - Wenn wir Kontakt "Rau" oder Kontakt "Reibungsfrei" wählen, konvergiert das Ergebnis nicht. Konstruktiv haben wir an der Geometrie einiges verändert, was positive Auswirkungen auf das Gesamtergebnis hat. Das Netz ist bereits sehr fein, dennoch sind die "gemittelten" und "ungemittelten" Spannungswerte komplett unterschiedlich  

Bilder im Anhang.

[Diese Nachricht wurde von hca am 19. Sep. 2016 editiert.]

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nichtkonvergent.JPG nichtkonvergent2.JPG

Und weitere Bilder:

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gemittelt_neu.JPG ungemittelt_neu.JPG Gesamtverformung.JPG

Hallo nochmal,
Aufbauend auf den Beitrag hier:
http://forum.cad.de/foren/ubb/Forum101/HTML/006070.shtml

haben wir die Kontakte doch noch mit Rau bzw. Reibungslos rechnen können. Mit dem Netz sind wir mittlerweile reduziert auf einen Zahn bei 0,08mm. Weiterhin treten klar deutliche Singularitäten auf. (Siehe Screenshot) Ebenfalls ist der gemittelte und der ungemittelte Wert nichtmal annähernd gleich.

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Hallo,

die Spannungsverteilung sieht unten gut aus, aber nur in der rechten Hälfte. In der linken hälfte macht die Verteilung einen "Schlenker" nach oben. Ich schätze das liegt daran, dass dort das Gegenstück anliegt, sonst gäbe es keinen wirklichen Grund. Eingeblendetes Gegenstück als Schattierung wäre hilfreich.

Im oberen Bereich sind diese roten Flecken. Das ist vermutlich wg. des grob vernetzten Gegenstücks und würde mich nicht allzu sehr stören. Wenn man nur die Zugspannungen auswertet, könnte es sein, dass der Hotspot besser auftritt (Kerbe) oder bei der Auswertung der Zugspannungen gleich nur den Kerbradius auswählen.

Diese Hauptzugspannungen gemittelt und ungemittelt vergleichen dann mit so einem lokalen Ergebnis sollte dann möglich sein.
Falls der Maxpunkt am Rand liegt, einfach per Stichprobe den Vergleich machen.

Viele Grüße

CG

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Christof Gebhardt

CADFEM GmbH
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Hallo hca,

ich habe die starke Vermutung, dass das an der Lagerung des Keilwellengehäuses liegt.
Dadurch das es tangential fixiert ist, kann fast ausschließlich der vorderer Teil der Nabe tragen, da das Moment fast sofort in die fixierte Lagerung Übertragen wird.

Die Frage die sich mir stellt, ist das Gehäuse wirklich so steif oder solltest du eine andere Annahme treffen, die die Realität besser abbildet? z.B. Das Moment am freien Ende des Gehäuses abfangen oder etwas mehr vom Gehäuse modellieren.

Gruß Malte

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Stell dir vor es geht und keiner kriegts hin!

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20160921.JPG 20160921-1.JPG 20160921-2.JPG

Hallo zusammen,
@cgebhardt:

Im Anhang ein paar Bilder mit Gehäuseeingriff, sowie Zugspannungen gemittelt und ungemittelt. Weiterhin das Problem der Störstelle im Übergangsbereich zum Gehäuse.

@Malte:
danke für deine Antwort. Die Frage ob sich hier bei der Lagerung etwas anpassen lässt haben wir uns auch schon gestellt.
zu Testzwecken: wie fange ich das Moment am Gehäuse denn ab?

Die Annahme der fixierten Lagerung des Gehäuseblocks wurde aufgrund des Standpunktes, dass eine Notstopsituation simuliert werden soll getroffen. Hier würde das Gehäuse blockieren und nicht nachgeben.

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Hallo Hca,

Zitat:

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Die Annahme der fixierten Lagerung des Gehäuseblocks wurde aufgrund des Standpunktes, dass eine Notstopsituation simuliert werden soll getroffen. Hier würde das Gehäuse blockieren und nicht nachgeben.

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In der Realität ist allerdings keine Lagerung unendlich Steif wie die FEM-Randbedingungen. Da der Abstand vom Kontakt zur Lagerung relativ gering ist, würde ich den Effekt nicht vernachlässigen, und an dieser Stelle noch mal etwas, Gehirnschmalz reinstecken.

Zitat:

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zu Testzwecken: wie fange ich das Moment am Gehäuse denn ab?

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bei der Zylinderlagerung Tangential auf "Frei" stellen und dann z.B. auf die von der Welle entfernte Planfläche ein "remote displacement" (sorry weiß gerade nicht wie das in deutsch heißt) geben und die Rotation um die passende Achse sperren(0°).

P.S.: evtl. kannst du auch die komplette Zylinder Lagerung durch ein remote Displacement ersetzen.
P.P.S: Beim Remote Displacement immer die Lage des Bezugpunktes prüfen(hier auf der Drehachse), damit bin ich schon häufiger auf die Nase gefallen.

Gruß Malte

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Stell dir vor es geht und keiner kriegts hin!

[Diese Nachricht wurde von Jassir-ben-Hussein am 21. Sep. 2016 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Jassir-ben-Hussein am 21. Sep. 2016 editiert.]

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kuchenstueck.zip

Vielleicht könntest Du mit der zyklischen Symmetrie (Beispiel anbei) rechnen, würde deutlich schneller gehen.

Gruß Paul

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Hallo,
Normalspannungen != Hauptspannungen.
Man sieht hier den Schlenker nochmal deutlicher, erfährt über den Hintergrund dazu nix. Deshalb klinke ich mich hier aus.
Viele Grüße
CG

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Christof Gebhardt

CADFEM GmbH
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@ToTacheles: Dies ist leider mit unserer Ansys Version (13.0) nicht möglich.

@cgebhardt:

Zitat:

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Normalspannungen != Hauptspannungen.

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Laut definition: "Es gibt ein Koordinatensystem (das Hauptachsensystem), für das die 6 Spannungswerte sich so ergeben, dass die Schubspannungen (τxy,τyz,τxz) verschwinden.

Die Normalspannungen in diesem Hauptachsensystem werden Hauptspannungen genannt. Sie werden meistens in der Größen-Reihenfolge nummeriert (σ1 > σ2 > σ3 bzw. in der Bezeichnung der Programme S1 > S2 > S3). "

Wie soll ich denn sonst eine reine Zugspannung in Ansys betrachten können? Da stehe ich aufm Schlauch."

[Diese Nachricht wurde von hca am 21. Sep. 2016 editiert.]

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"Dies ist leider mit unserer Ansys Version (13.0) nicht möglich."
Natürlich ist zyklische Symmetrie auch schon in Ansys13 möglich. Der Befehl lautet CYCLIC.

"Wie soll ich denn sonst eine reine Zugspannung in Ansys betrachten können? Da stehe ich aufm Schlauch"
Du redest zwar von Hauptspannungen, zeigst aber in Deinen Bildchen Normalspannungen. Das ist nicht das Gleiche!

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Gruß, A.

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