Planetenstufen
Im Folgenden wird die Modellierungssystematik von Stirnrad-Planetenstufen in der Schnittstelle REXS beschrieben.
Terminologie
Eine Planetenstufe (oft auch als Umlaufgetriebe bezeichnet) ist eine Baugruppe (ein Teilgetriebe) in dem einige Wellen nicht im bezüglich des Inertialsystems fixierten Gehäuse gelagert sind, sondern im so genannten Planetenträger, der selbst drehbar gelagert ist. Dadurch entsteht ein so genanntes "zwangloses" (Teil-) Getriebe, dessen kinematischer Freiheitsgrad > 1 ist. D.h. es können und müssen so viele beliebige Drehzahlen für seine nach außen geführten Wellen vorgegeben werden, wie sein Freiheitsgrad angibt, um den Bewegungszustand aller seiner Glieder kinematisch eindeutig vorzuschreiben [Müller, Umlaufgetriebe]. In diesem zwanglosen (Teil-) Getriebe ist allerdings das Verhältnis der nach außen wirkenden Drehmomente immer durch die Übersetzungen vorgegeben. Dahingegen ist bei einem "zwangläufigen" Standgetriebe die Vorgabe einer Drehzahl ausreichend um den Bewegungszustand aller seiner Glieder zu bestimmen und bei mehreren nach außen geführten Wellen können beliebige Drehmomentverhältnisse realisiert werden.
Anmerkung
Im folgenden wird nur die Modellierung von Stirnrad-Planetenstufen beschrieben! Konstruktionen wie Kegelrad-Differentiale sind damit nicht abgedeckt.
Folgende Begriffe werden verwendet:
Planetenstufe: Baugruppe die ein zwangloses Teilgetriebe darstellt. Sie beinhaltet mindestens einen Eingriff Sonnenrad-Planetenrad oder Planetenrad-Hohlrad, sowie über genau einen Planetenträger.
Planetenträger: Baugruppe in der die Planetenwellen gelagert sind und die konzentrisch zur Zentralachse der Planetenstufe gelagert ist. Zu dieser Baugruppe werden die Stegwellen, die Wangen, die Bolzen (sofern vorhanden) und Streben (sofern vorhanden) sowie die Koppelungsstellen zwischen diesen Bauteilen gezählt.
Zentralwelle: Konzentrisch zur Zentralachse der Planetenstufe gelagerte Welle auf der ein Sonnen- oder Hohlrad befestigt ist.
Sonnenwelle: Zentralwelle auf der ein Sonnenrad befestigt ist.
Hohlradwelle: Zentralwelle auf der ein Hohlrad befestigt ist.
Planetenwelle: Welle, die sich um ihre eigene Achse drehen kann, sowie exzentrisch zu den Zentralwellen in einem Planetenträger gelagert ist. Daher kann sie zusätzlich zur Rotation um die eigene Achse noch eine Rotation um die Zentralachse der Planetenstufe durchführen. Die Planetenwelle kann entweder auf einem Bolzen oder direkt in den Wangen gelagert sein.
Stegwelle: Konzentrisch zur Zentralachse der Planetenstufe gelagerte Welle, auf der ein Planetenträger (bzw. eine Wange) befestigt ist.
Bolzen: Exzentrisch zur Zentralachse angeordnete Welle, die nicht-drehbar in den Wangen des Planetenträgers befestigt ist und auf der eine Planetenwelle gelagert ist.
Wange: Scheibenartiges Bauteil des Planetenträgers, dass konzentrisch auf einer Stegwelle befestigt ist und in dem entweder die Planetenwellen oder die Bolzen exzentrisch gelagert sind.
 Sonnenwelle (shaft) |  Sonnenrad (cylindrical_gear) |  Eingriff-Sonne-Planet (cylindrical_stage) |  Planetenwelle (shaft) |
 Planetenrad (cylindrical_gear) |  Hohlradwelle (shaft) |  Hohlrad (ring_gear) |  Eingriff-Planet-Hohlrad (cylindrical_stage) |
 Stegwelle (shaft) |  Stegwelle (shaft) |  Wange (side_plate) |  Bolzen (shaft) |
 Koppelstellen Steg-Wange (coupling) |  Koppelstellen Bolzen-Wange (coupling) |  Planetenlager Bolzen (concept_bearing) |  Planetenlager Wange (concept_bearing) |
Modellierung in REXS
Im Nachfolgenden werden die Modellierungsvorschriften zur Abbildung einer Planetenstufe in REXS beschrieben.
Zwanglose Stirnrad-Teilgetriebe werden in REXS über die Baugruppe Planetenstufe (component-type="planetary_stage") abgebildet. Eine solche Baugruppe ist folgendermaßen charakterisiert (Abgrenzung insbesondere in komplexen Getrieben mit mehreren gekoppelten Planetenstufen wichtig):
Einer Planetenstufe ist genau ein Planetenträger zugeordnet, d.h. alle Planetenwellen der Planetenstufe sind im gleichen Träger gelagert
Eine Planetenstufe verfügt über mindestens eine Planetenwelle und eine Zentralwelle
Eine Planetenstufe verfügt über mindestens einen Eingriff Sonnenrad-Planetenrad oder Planetenrad-Hohlrad
Keine Planetenwellen der Planetenstufe ist mit einer Komponente außerhalb der Planetenstufe verbunden
Jede physisch in der Planetenstufe vorkommende Komponente ist explizit zu modellieren (z.B. Planetenwelle, Eingriff Sonne-Planet, Planetenrad, Planetenlager, etc.). Folgendes einfaches Beispiel verfügt also über 3 Planetenwellen, 3 Planetenräder, 3 Eingriffe Sonne-Planet, 3 Eingriffe Planet-Holrad, 6 Planetenlager, etc.
 |  |  |
Planetenstufe| planetary_stage
Die Komponente Planetenstufe (planetary_stage) dient hauptsächlich als Repräsentant der Baugruppe und zentraler Anknüpfungspunkt für die Relationen zu den verschiedenen Bauteilen der Planetenstufe.
Benötigte Komponenten | XML Syntax |
|---|---|
Planetenstufe | |
Planetenträger | |
Stirnradstufe | |
Planetenwelle | |
Zentralwelle | |
Stegwelle | |
Optionale Komponenten | XML Syntax |
|---|---|
Bolzen | |
Benötigte Relationen | XML Syntax |
|---|---|
Assembly-Relation | <relation id="1" type="assembly">
<ref id="1" role="assembly" hint="gear_unit"/>
<ref id="3" role="part" hint="planetary_stage"/>
</relation> |
Assembly-Relation | <relation id="2" type="assembly"> <ref id="3" role="assembly" hint="planetary_stage"/> <ref id="4" role="part" hint="planet_carrier"/> </relation> |
Assembly-Relation für jeden Eingriff in der Planetenstufe | <relation id="3" type="assembly"> <ref id="3" role="assembly" hint="planetary_stage"/> <ref id="5" role="part" hint="cylindrical_stage"/> </relation> |
Planet_shaft-Relation für jede Planetenwelle in der Planetenstufe | <relation id="4" type="planet_shaft"> <ref id="3" role="planetary_stage" hint="planetary_stage"/> <ref id="6" role="shaft" hint="shaft"/> </relation> |
Central_shaft-Relation für jede Zentralwelle in der Planetenstufe | <relation id="5" type="central_shaft"> <ref id="3" role="planetary_stage" hint="planetary_stage"/> <ref id="7" role="shaft" hint="shaft"/> </relation> |
Planet_carrier_shaft-Relation für jede Stegwelle in der Planetenstufe | <relation id="6" type="planet_carrier_shaft"> <ref id="3" role="planetary_stage" hint="planetary_stage"/> <ref id="8" role="shaft" hint="shaft"/> </relation> |
Planet_pin-Relation für jeden Bolzen in der Planetenstufe | <relation id="7" type="planet_pin"> <ref id="3" role="planetary_stage" hint="planetary_stage"/> <ref id="9" role="shaft" hint="shaft"/> </relation> |
Planetenträger | planet_carrier
Die Komponente Planetenträger (planet_carrier) dient hauptsächlich als Repräsentant der Baugruppe Planetenträger und zentraler Anknüpfungspunkt für die Relationen zu den verschiedenen Bauteilen des Trägers. Abhängig von der Bauform der Planetenträgerkonstruktion können Bolzen verwendet werden. Um den versteifenden Effekt von Streben im analytischen Modell des Planetenträgers abzubilden kann ein mechanisches Ersatzmodell verwendet werden (siehe Ersatzmodell Streben). Der Planetenträger kann zusätzlich/ alternativ als eine FE-Baugruppe modelliert werden.
Modellierungsrichtlinie Quasistatisch
Ein Planetenträger muss mindestens über eine Stegwelle und eine Wange verfügen.
Benötigte Komponenten | XML Syntax |
|---|---|
Planetenstufe | |
Planetenträger | |
Stegwelle | |
Wange | |
Optionale Komponenten | XML Syntax |
|---|---|
Bolzen | |
Verbindungswelle | |
Benötigte Relationen | XML Syntax |
|---|---|
Assembly-Relation | <relation id="2" type="assembly">
<ref id="3" role="assembly" hint="planetary_stage"/>
<ref id="4" role="part" hint="planet_carrier"/>
</relation> |
Assembly-Relation für jede Stegwelle im Planetenträger | <relation id="8" type="assembly">
<ref id="4" role="assembly" hint="planet_carrier"/>
<ref id="8" role="part" hint="shaft"/>
</relation> |
Assembly-Relation für jede Wange im Planetenträger | <relation id="9" type="assembly">
<ref id="4" role="assembly" hint="planet_carrier"/>
<ref id="10" role="part" hint="side_plate"/>
</relation> |
Assembly-Relation für jeden Bolzen im Planetenträger | <relation id="10" type="assembly">
<ref id="4" role="assembly" hint="planet_carrier"/>
<ref id="9" role="part" hint="shaft"/>
</relation> |
Assembly-Relation für die Verbindungswelle im Planetenträger | <relation id="11" type="assembly">
<ref id="4" role="assembly" hint="planet_carrier"/>
<ref id="11" role="part" hint="shaft"/>
</relation> |
Wange | side_plate
Scheibenartiges Bauteil des Planetenträgers, das auf einer Stegwelle befestigt ist und in dem entweder die Planetenwellen oder die Bolzen exzentrisch gelagert sind. Eine Wange ist mit anderen Komponenten entweder über eine Koppelstelle (Verbindung Steg-Wange sowie jede Verbindung Wange-Bolzen) oder über ein Lager (jede Verbindung Wange-Planetenwelle) verbunden.
Benötigte Komponenten | XML Syntax |
|---|---|
Planetenträger | |
Stegwelle | |
Wange | |
Koppelstelle zur Stegwelle | |
Optionale Komponenten | XML Syntax |
|---|---|
Bolzen falls vorhanden | |
Koppelstelle zum Bolzen | |
Planetenlager wenn Planetenwelle in Wange gelagert | |
Planetenwelle wenn Planetenwelle in Wange gelagert | |
Benötigte Relationen | XML Syntax |
|---|---|
Assembly-Relation | <relation id="9" type="assembly">
<ref id="4" role="assembly" hint="planet_carrier"/>
<ref id="10" role="part" hint="side_plate"/>
</relation> |
Side-Relation für die Koppelstelle Steg-Wange | <relation id="12" type="side">
<ref id="12" role="assembly" hint="coupling"/>
<ref id="8" role="inner_part" hint="shaft"/>
<ref id="10" role="outer_part" hint="side_plate"/></relation> |
Side-Relation für jede Koppelstelle Wange-Bolzen | <relation id="13" type="side">
<ref id="13" role="assembly" hint="coupling"/>
<ref id="9" role="inner_part" hint="shaft"/>
<ref id="10" role="outer_part" hint="side_plate"/>
</relation> |
Side-Relation für jede Lagerstelle Wange-Planetenwelle | <relation id="14" type="side">
<ref id="14" role="assembly" hint="concept_bearing"/>
<ref id="15" role="inner_part" hint="shaft"/>
<ref id="10" role="outer_part" hint="side_plate"/>
</relation> |
Koppelstelle | coupling
Die Modellierung von Koppelstellen ist im Abschnitt Koppelstellen und Kupplungen beschrieben.
Ersatzmodell für die Streben
Um den versteifenden Effekt von Streben im analytischen Modell des Planetenträgers abzubilden kann ein mechanisches Ersatzmodell verwendet werden. Für eine realistischere Modellierung und Berücksichtigung der Steifigkeit des Planetenträgers bietet sich eine FE-Baugruppe an (siehe Modellierung von Baugruppen).
Option 1
Ein doppelwangiger Planetenträger wird mit 2 separaten Stegwellen modelliert. Auf jeder Stegwelle ist eine Wange über eine Koppelstelle angebracht. Die Geometrie der Streben, die beide Wangen verbinden, wird über entsprechende Attribute auf der Komponente planet_carrier definiert.
Option 2
Ein doppelwangiger Planetenträger wird mit 2 separaten Stegwellen modelliert. Auf jeder Stegwelle ist eine Wange über eine Koppelstelle angebracht. Zusätzlich wird eine Verbindungswelle modelliert (koaxial mit der Zentralachse der Planetenstufe), die mit jeder der Stegwellen über eine weitere Koppelstelle verbunden ist. Durch die Vorgabe der Geometrie der Verbindungswelle kann der Effekt von Verstrebungen auf das mechanische Verhalten des Planetenträgers näherungsweise abgebildet werden.
Option 3
Ein doppelwangiger Planetenträger wird mit einer einzigen, durchgehenden Stegwelle modelliert. Beide Wangen sind über Koppelstellen mit der Stegwelle verbunden, der Bereich der Stegwelle zwischen den Wangen bildet den Effekt von Verstrebungen auf das mechanische Verhalten des Planetenträgers näherungsweise nach.
Stirnradstufe | cylindrical_stage
Die einzelnen Eingriffe in einer Planetenstufe werden über Stirnradstufen abgebildet. Dabei handelt es sich bei den Eingriffen Sonne-Planet sowie Planet-Planet um außenverzahnte Stirnradstufen, bei dem Eingriff Planet-Hohlrad um eine innenverzahnte Stirnradstufe. Die Modellierung einer Stirnradstufe ist in Abschnitt Verzahnungen beschrieben.
Lager | concept_bearing
Die Modellierung von Lagern (Planetenlager, Lager der Zentral- und Stegwellen) ist in Abschnitt Lager beschrieben.