Analyse der Kinematik und Kinetik von Planetenwälzgewindetrieben

Für die Umwandlung einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung gibt es eine Vielzahl von Linearantrieben. Planetenwälzgewindetriebe (PWG) gehören zu den am besten geeigneten Antrieben für Anwendungen, die eine sehr hohe Tragfähigkeit bei maximaler Übersetzung erfordern.
Kinematik und Kinetik von Planetenwälzgewindetrieben sind bisher nur punktuell zu wenigen Lastpunkten und Geometrien untersucht. Aufgrund der stark unterschiedlichen Bewegung und Freiheitsgrade der Planeten sind Erkenntnisse über Rollengewindetriebe (RGT) und Planetenrollengewindetriebe (PRGT) kaum übertragbar.
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Im Rahmen dieser Arbeit wird das Systemwissen über den PWG erweitert und die Auswirkungen verschiedenster Einflussfaktoren aus Anwendung und Geometrie untersucht. Einer der Schwerpunkte der Analyse ist die freie Bewegung der mit einer hohen Anzahl von Freiheitsgraden ausgestattet Planeten.
Basierend auf dem Stand der Technik werden Mehrkörpersimulationen erstellt und mit Hilfe von Experimenten validiert. Mit den Simulationen wird der Einfluss verschiedenster Faktoren, wie Vorspannung und Radialspiel, auf den PWG untersucht. Nach der Analyse der Kinematik, Kinetik und der Kräfte zwischen den Körpern werden die Wälzkontakte selbst analysiert, um den Einfluss von Faktoren der Anwendung und der Geometrie zu bewerten. Schließlich werden ausgewählte Faktoren in Experimenten validiert und die Ergebnisse im Vergleich zum Stand der Technik bewertet.
Die Analyse der Auswirkungen der Faktoren bis hin zu den Kontakten ermöglicht z.B. die Optimierung der Lebensdauer durch die entsprechende Einstellung der Radialluft und der Vorspannung. Darüber hinaus wird die Bedeutung der Überprüfung der Stabilität von Kräften, Bewegungen, Kontaktkräften und Kontaktpunkten für den PWG nachgewiesen - insbesondere wegen des hohen nichtlinearen Verhaltens.

There are a variety of linear drives available for converting a rotary motion into a translational one. Planetary screw drives (PWG) are among the most suitable for applications requiring exceedingly high load capacity at maximum reduction ratio.
Up to date, the kinematics and dynamics of planetary screw drives have been poorly studied. Due to the vastly different motion and degrees of freedom of the planets, findings on roller screws (RGT) and planetary roller screws (PRGTs) are hardly transferable.
Within the scope of this work, the system knowledge of the PWG is to be expanded and the effects of a wide variety of influencing factors of application and geometry are to be investigated. ... mehrOne of the focal points of the analysis is the undefined mo-tion of the
planets, which is equipped with a high number of degrees of freedom.
Based on the state of the art, multi-body simulations are set up and validated by means of experiments. The simulations are used to investigate the influence of a wide variety of factors, such as preload and radial clearance, on the PWG. After analyzing the kinematics and the forces between the bodies, the rolling contacts themselves are analyzed to evaluate the influence of factors of application and ge-ometry. Finally, selected factors are validated in experiments and the results are evaluated against the state of the art.
The analysis of the effects of the factors down to the contacts allows, for example, optimisation of the service life through the appropriate adjustment of the radial clearance and the pretension. Furthermore, the importance of checking the stability of forces, movements, contact forces and contact points for the PWG is proved – especially because of the high non-linear behaviors.