Development of an calculation concept for form profiled shaft and hub connections with hypotrochoidal contours

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Erhard Leidich; Professor Dr.-Ing. Masoud Ziaei
• Subject Area: Engineering Design, Machine Elements, Product Development
• Term: from 2013 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 236042475

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Die hypotrochoidische Polygonverbindung vereint durch den vorherrschenden Form- und Reibschluss viele Vorteile unterschiedlicher Welle-Nabe-Verbindungen. So können durch den vorherrschenden Formschluss sehr hohe Torsionsmomente übertragen werden. Aufgrund der fehlenden Grundlagen zur Auslegung dieser Verbindung besteht jedoch Forschungsbedarf. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die vorliegenden Forschungsergebnisse (experimentell, analytisch und numerisch) für eine allgemeingültige Auslegungsrichtlinie, wie beispielsweise DIN 7190 für die Pressverbindungen, noch nicht vollständig ausreichen. Für die H-PWNV wurde jedoch diesbezüglich der erste Schritt vollzogen. Dabei wurden die Grundlagen der statischen und dynamischen Übertragungsfähigkeiten mit ihren Versagensarten untersucht und Auslegungsvorschläge erarbeitet. Besonders bei der Untersuchung der Gestaltfestigkeit zeigte dabei die Anwendung des örtlichen Prinzips aufgrund des komplexen vorliegenden Versagensmechanismus Vorteile. Wegen der geometrischen Vielfalt der H-PWNV kann das örtliche Konzept, z. B. auf Basis der MMMH, Grundlage für ein geeignetes Berechnungsmodell sein. Um eine allgemeingültige Auslegung, das heißt werkstoffunabhängige Dimensionierung von H- PWNV beliebiger Kontur zu erreichen, sind weitere systematische Forschungsarbeiten notwendig. Die Zusammenarbeit der Forschungsstellen hat sich auch in diesem Vorhaben sehr bewährt.

Publications

• Belastbarkeit von H-Profil-Welle-Nabe-Verbindungen bei statischer Torsionsbeanspruchung und numerische Ermittlung des Anrissortes infolge von Reibdauerbeanspruchung. Antriebstechnik, August 2016
  E. Leidich, R. Schreiter, P. Knorr
  
• 16th International Conference on New Trends in Fatigue and Fracture: Investigations of hypocycloidal hub and shaft connections. 24. Mai 2016. Book of Abtracts
  E. Leidich, F. Reiß, R. Schreiter
  
• 7. VDI-Fachtagung Welle-Nabe-Verbindungen: Hypotrochoidische Konturen - Eine Alternative für formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen. 9. November 2016. VDI-Berichte
  M. Ziaei, R. Schreiter, P. Knorr, E. Leidich, F. Reiß
  
• Investigation of hypocycloidal shaft and hub connections. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2017
  E. Leidich, F. Reiß, R. Schreiter
  
• Durability of hypotrochoidal shaft-hub connections under rotating bending with static torsion. Structural Integrity Procedia, 2019
  S. Vetter, E. Leidich, M. Ziaei, M. Herrmann, A. Hasse
  
• Gestaltfestigkeit von hypotrochoiden Polygon-Welle-Nabe-Verbindungen. Konstruktion, 17. Dezember 2019
  S. Vetter, E. Leidich, A. Hasse
  
• Tragfähigere Welle-Nabe-Verbindungen durch H-Profile – Teil 1. Antriebstechnik 11/2020
  R. Schreiter, M. Ziaei, M. Herrmann, S. Vetter, K. C. Chen