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Forschung im Ingenieurwesen
Erschienen in:

01.09.2019 | Originalarbeiten/Originals

Automated requirements-driven design synthesis of gearboxes with graph-based design languages using state of the art tools

verfasst von: Kevin Holder, Stephan Rudolph, Ralf Stetter, Corinna Salander

Erschienen in: Forschung im Ingenieurwesen | Ausgabe 3/2019

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Abstract

In order to best match individual customer requirements in gearbox applications, customer-tailored gearboxes are a desirable solution. That leads to the demand for a truly individualized product development. In order to keep costs down despite an increasing product variability, novel digital design methods which automate the design process and avoid redundant manual work need to be developed and deployed. Graph-based design languages in UML (Unified Modeling Language) use a central data model to guarantee model consistency and to generate automatically multi-disciplinary models and simulations thereof.
The paper shows the use of graph-based design languages for automated gear synthesis and the automated three dimensional arrangement of gearset parts. The aim of this language is to generate the gearset including the gear calculation. The calculation automation is supported with the domain-specific synthesis tool GAP (‘Getriebe Auslegungs Programm’). The resulting gearset is then packaged into a given design space provided as one of the customer requirements. The package problem is the subject of several boundary conditions and for this reasons normally multiple solutions do exist. Therefore, optimization methods are used in the following to select the final three-dimensional arrangement. The current state of the gear system model also includes a fully parametric CAD housing.
The approach shown in this paper can be extended to the entire product life cycle, also including domain-specific and already established software solutions. Finally, the opportunity is present to include further product assessments like a cost calculation and a first reliability check of the system.
The authors are aware of the fact that this fully automated process is currently still restricted to a specific class of product design problems such as gears and gearbox design.
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Fußnoten
1
mostly employing open, standardized or proprietary data formats in files or databases
 
2
Efficiency in the sense of ‘doing the right thing’
 
3
Effectiveness in the sense of ‘doing the thing right’
 
4
Software manufacturers like Dassault begin to offer such end-to-end process chains with platforms such as 3D Experience. However, the proprietary data format is not disclosed to the customer, so it remains difficult to exchange data with software systems of other manufacturers outside the limited number of standardized data formats (e.g., STEP, DXF, STL, etc.).
 
5
All these program systems have in common to represent only the \(n+1\)-th aspect of a gear system in form of \(n+1\)-th program. A comprehensive integration platform for a comprehensive holistic modeling and simulation of gear systems cannot be offered.
 
6
Specifications: only spur gear stages (SP), bevel gear stage (BE) and spur gear stages, required safety margins, desired compromise in the target conflict of moment of inertia, gearset mass and utilization of strength; complete information in [21].
 
7
For spur gears according to the design method of Niemann / Winter [19] or according to a method derived from DIN 3990 [4] / ISO 6336 [13]. For bevel gear and hypoid stages, the design is carried out in accordance with ISO 23509 Annex B [15] or by a method according to FVA 411 [33].
 
8
Data format of the FVA Workbench, thus manually generated gearsets can be imported
 
9
if center distances are enabled as optimization variables
 
10
and vice versa for transmissions with a ratio i < 1
 
11
‘fminsearch’ from the Optimization Toolbox of Matlab or alternatively the ‘PowellOptimizer’ from the Apache Commons Math libray with comparable results
 
12
A gear wheel does not have to be checked against its partner wheel, likewise all bearings and gears do not have to be checked against their own connected shaft
 
13
such a structure of bevel gear stages and spur gear stages usually has little practical relevance, accordingly, such a structure is not proposed by the gearset synthesis in GAP
 
Literatur
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Metadaten
Titel
Automated requirements-driven design synthesis of gearboxes with graph-based design languages using state of the art tools
verfasst von
Kevin Holder
Stephan Rudolph
Ralf Stetter
Corinna Salander
Publikationsdatum
01.09.2019
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Forschung im Ingenieurwesen / Ausgabe 3/2019
Print ISSN: 0015-7899
Elektronische ISSN: 1434-0860
DOI
https://doi.org/10.1007/s10010-019-00322-z

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