Overview

Diese Arbeit untersucht die Gewichtsreduzierung bei Zahnrädern durch Designoptimierung und fortschrittliche Fertigungsverfahren. Zahnräder sind in vielen industriellen Systemen weit verbreitet, aber ihre massive interne Struktur erhöht oft das Gesamtgewicht des Systems und den Materialverbrauch. Die Studie untersucht Wege zur Reduzierung der Masse des Zahnradkörpers bei gleichzeitiger Beibehaltung der für praktische Anwendungen erforderlichen mechanischen Leistung. Anstatt das Material zu ändern, konzentriert sich die Forschung auf die Optimierung der internen Materialverteilung mittels generativem Design und Gitterstrukturen. Generatives Design, auch bekannt als Topologieoptimierung, nutzt mathematische Methoden, um Material effizient innerhalb eines definierten Bauraums basierend auf Lasten, Randbedingungen und Einschränkungen zu verteilen. Parallel dazu nutzen von biologischen Mustern inspirierte Gitterstrukturen sich wiederholende Elementarzellen, um das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die strukturelle Integrität zu erhalten. Die statische Analyse eines Schrägzahnrads mit einer gleichmäßigen Gitterstruktur hilft dabei, die geeignete Balkendicke zu bestimmen und die Gitterkonfiguration zu optimieren. Der gesamte Konstruktions- und Analyseprozess wird mit der Software NX CAD durchgeführt. Die optimierten Modelle werden anschließend mittels FDM-basierter additiver Fertigung hergestellt.

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9786209601651

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