Einleitung

1. Mechanismus des Versagens durch Getriebeermüdung

1.1 Grundcharakteristiken eines Versagens durch Getriebeermüdung

• Zyklische Belastung: Verursacht durch wechselnde Kontaktspannungen und Biegungspannungen.
• Rissinitiation und -verbreitung: Durchläuft typischerweise drei Stufen: Rissinitiation, stabile Ausbreitung und schnelle Fraktur.
• Stresskonzentrationseffekt: An der Zahnwurzel-Übergangskurve und an Oberflächenfehlern tritt häufig Müdigkeit auf.

1.2 Hauptsächliche Ausfallmodi der Müdigkeit

(1) Zahnoberflächenkontakt Ermüdung (Pitting)

• Mikroskopischer Mechanismus: Risse, die durch die maximale Scherspannung in der Unterfläche ausgelöst werden → sich auf die Oberfläche ausbreiten → Materialspalling.
• Ausdruck:
  • Ausgangsgruben: isolierte Gruben mit einem Durchmesser von < 1 mm.
  • Erweiterte Gruben: Verknüpfte Gruben, die Spaltbereiche bilden.
  • Makroskopische Vergrößerung: Großflächige Vergrößerung mit einer Tiefe von > 0,2 mm.

(2) Zahnwurzelmüdigkeit

• Bruchprozess: Risse beginnen auf der Zugspannungsseite der Zahnwurzel → verbreiten sich auf der Druckspannungsseite → Zahnbruch.
• Typische Merkmale:
  • Schale-ähnliche Frakturen.
  • Sichtbare Müdigkeitsstreifen.
  • Grobkornige Endfrakturzone.

(3) Oberflächenzerstörung (Plastikverformung)

• Auftretungsbedingungen: Extrem hohe Kontaktspannungen, die die Materialleistungsgrenze überschreiten.
• Häufige Szenarien:
  • Weiches Zahnflächengetriebe.
  • Arbeitsbedingungen bei Schlaglast.
  • Fehlende Wärmebehandlung.

2. Ausrüstungsschwundfestigkeit

2.1 Grundlegender theoretischer Rahmen

• Stress-Life-Methode (S-N-Kurve): Geeignet für Hochzyklus-Ermüdung (> 104 Zyklen).
• Methode der Belastungsdauer (ε-N-Kurve): Geeignet für Müdigkeit bei niedrigem Zyklus (< 104 Zyklen).
• Fracture Mechanics Method: Vorhersage basierend auf der Risswachstumsrate da/dN.

2.2 Vergleich der wichtigsten Konstruktionsstandards