Beispiel: Berechnung der Verdrehung der Pleuelbuchse im kleinen Pleuelauge einer Pleuelstange

In einer Pleuelstangengruppe bestehend aus Pleuelstange mit Tieflochbohrung (Ölversorgungsbohrung im Pleuelstangenschaft), Lagerschalen, und Pleuelbuchse im kleinen Pleuelauge kann bei bestimmten Steifigkeits- und Lastverhältnissen sowie ungünstigen Kontaktbedingungen und Maßtoleranzen in der Einpressung der Pleuelbuchse eine versagenskritische Buchsenverdrehung entstehen, die durch Sperrung der Ölversorgung in der Gleitlagerpaarung Kolbenbolzen – Pleuelbuchse zu einem frühzeitigen Totalausfall der Pleuelstange im motorischen Betrieb verursacht. Die Aufgabestellung dieses Projektes war die Entwicklung einer effektiven Simulationsmethodik zur Vorhersage von möglichen, kritischen Verdrehzuständen der Pleuelbuchse sowie die Durchführung einer Sensitivitätsanalyse der auf die Verdrehung der Pleuelbuchse einflussnehmenden Parameter. Es ist derzeit nicht möglich mit der Methode der Finiten Elemente einen mehrzyklischen Spannungszustand mit hoher Auflösung effizient zu modellieren. Im besonderen ist in dieser Aufgabenstellung der Betrag der Verdrehung pro Lastwechsel sehr klein, und liegt in Bereich der numerische Fehlertoleranz. Eine einfache Anwendung einer klassischen Simulationstechnik konnte keine aussagekräftigen Ergebnisse liefern.

Analyseziel

Entwicklung einer effizienten Kontaktberechnungsmethode basierend auf der Anwendung der Submodelltechnik
Bestimmung der Kontaktverhältnisse zwischen Pleuelbuchse und Pleuelstange im kleinen Pleuelauge
Berechnung und Beurteilung der Deformation sowohl in der Kontaktzone als auch am Gesamtsystem
Ausarbeitung der Maßnahmen zur Unterdrückung der Pleuelbuchsenverdrehung
Optimierung der Geometriegestalt

Analysetechnik

Kombinierte Tetraeder-Hexaeder-Modell
Berücksichtigung von dynamischen Effekten
Berücksichtigung der inelastischen Deformation der Pleuelbuchse
Kombinierte Anwendung Submodell-Superelementtechnik sowie lineare und nichtlineare Lösungsverfahren
Einsatz von Verfahren zur Reduzierung der Modellgröße und der Anzahl von Kontaktpaaren

Kundennutzen

Bewertung der Verdrehneigung in einem frühen Konstruktions- bzw. Auslegungsstadium
Bessere Möglichkeit der Vorgabe von Maßtoleranzen für die Pleuelfertigung bzw. Pleuelbuchsenlieferanten
Mehr Freiraum für schnelle Konstruktionsveränderungen

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