MDesign Nachrechnung der Geometrie und Festigkeit bei der Verzahnung einer Getriebestufe bei einem zweistufigen Stirnradgetriebe

Aufgabenstellung

Es ist ein zweistufiges Stirnradgetriebe für allgemeine Anwendung rechnergestützt (WCad) zu entwerfen. Dabei sind folgende Eingangswerte für die Konstruktion zu beachten:

- zu übertragende Leistung P= 8kW

- Eingangsdrehzahl n= 1600min -1

- Gesamtübersetzung i ges = 10 (± 3%)

- Schrägungswinkel der Stirnräder der ersten Getriebestufe 8°

- Flankenrichtung der Schrägverzahnung (auf Eingangswelle) rechts

- Drehrichtung links

- Mindestlebensdauer der Wälzlager 10000 Stunden

- erste Übertragungsstufe V- Plusgetriebe

- zweite Übertragungsstufe V- Plus- oder Nullgetriebe

- alle Wellen auf einer horizontalen Ebene

- Wellenenden mit Kupplung auf verschiedenen Gehäuseseiten

In diesem Beleg werden die für die Nachrechnung der Verzahnung der 2. Getriebestufe (Geometrie, Festigkeit) mittels MDesign notwendigen Daten aufbereitet und erläutert. Abschließend werden die Ergebnisse aus MDesign ausgewertet.

Inhaltsverzeichnis

Verzeichnis  der Formelzeichen  1

1  Funktionsbeschreibung  2

2  Getriebedaten der 2. Stufe  3

3  Zahngeometrie in MDesign  4

3.1  Eingabedaten für die Geometrie  4

3.2  Ergebnisse der Zahngeometrie  5

4  Festigkeitsberechnung in MDesign  6

4.1  Eingabedaten für Festigkeitsberechnung  6

4.2  Ergebnisse der Festigkeitsberechnung  9

  Literaturverzeichnis  12

  Abbildungsverzeichnis  12

Verzeichnis  der Anlagen  12

Verzeichnis der Formelzeichen

Formelzeichen Erklärung Einheit

i P M Drehmoment Nm min ^-1 n Drehzahl a 1 ; a 2 Achsabstände 1. und 2. Getriebestufe mm b relative Breite mm m

∅ z Zähnezahl -KRL RKL ZRL Zylinderrollenlager FL ST QPV RW Ritzelwelle PFV Passfederverbindung KW Keilwelle F u Umfangskraft N F a Axialkraft N F r

Radialkraft N 1

1 Funktionsbeschreibung

Im folgenden soll die Funktion des zu konstruierenden Getriebes anhand einer groben Skizze dargestellt werden.

Abbildung 1: Getriebeskizze

Kraftfluss:

Das Getriebe besteht, wie in der Abbildung dargestellt, aus zwei Getriebestufen, die ein Gesamtübersetzung von i ges = 10 realisieren und eine Leistung P von 8kW übertragen. Die erste Getriebestufe besteht aus der Welle 1 und dem darauf befindlichen Ritzel 1 und dem auf der zweiten Wellen angebrachten Rad 2. Über die erste Welle wird ein Drehmoment M in und die Drehzahl n von 1600min ^-1 eingeleitet.

Das Moment wird über das Rad 2 übersetzt und auf die Welle 2 und somit zum Ritzel 3 weitergeleitet. Die Drehzahl verringert sich und das Moment steigt. In der zweiten Getriebestufe wird nun das Moment erneut übersetzt. Dabei wird durch das Ritzel 3 das Rad 4 angetrieben, welches auf der dritten Welle angebracht ist. Durch die zweite Getriebestufe wird die Drehzahl erneut reduziert, das Drehmoment steigt und wird an der dritten Welle abgenommen.

Schmierung:

Das Getriebe wird über eine Tauchschmierung versorgt. Somit wird das Getriebe durch die Drehbewegung der Zahnräder selbständig geschmiert.

Lagerung:

Alle drei Wellen liegen auf einer Höhenebene und sind mittels Wälzlager gelagert. Wie in der Skizze angedeutet, befinden sich die Festlager der ersten und dritten Welle auf der Kupp-

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lungsseite, da diese Ausführung wegen der Belastung günstiger ist und somit keine speziellen Kupplungen notwendig werden, wie sie bei Loslagern eingesetzt werden müssen. Dies kann nur realisiert werden, da die axialen Kräfte der Welle 1 und 2 durch die Lager aufgenommen werden. Die Wellenenden für An- bzw. Abtrieb befinden sich auf verschiedenen Gehäuseseiten.

Verzahnung:

Die erste Getriebestufe ist wie vorgeschrieben als V- Plusgetriebe und mit einer Schrägverzahnung versehen (Flankenrichtung rechts), so dass Welle 1 und Welle 2 entgegengesetzt gerichtete Axialkräfte aufweisen, die durch die jeweiligen Wälzlager (Festlager) getragen werden. Die zweite Getriebestufe ist geradverzahnt und als V- Plus- oder Nullgetriebe ausgeführt.

Das Ritzelmaterial ist höherfester (härter) als die Zahnkränze der Räder, um den Verschleiß auf die Räder festzulegen, da diese kostengünstiger getauscht werden können. Des Weiteren sind die Zähne der Ritzel breiter als die Zahnkränze der Räder, um ein über die Zahnkranzbreite gleichmäßiges Abnutzen bei den Rädern zu erreichen. Damit wird eine Verschiebung der Zahnkörper gewährleistet, wie sie bei Temperaturschwankungen u. a. auftreten können.

2 Getriebedaten der 2. Stufe

Bei dem im 6. Semester durchgeführten Entwurf der Getriebekomponenten wurden 8 verschiedene Varianten entwickelt. Durch einen Variantenvergleich wurde die Variante 8 als technisch günstig für Herstellung und im Betrieb erachtet. Die Nachrechnung der Verzahnung der 2. Getriebestufe wurde an dieser Variante durchgeführt. Folgende allgemeine technische Daten der 2. Stufe aus WCad liegen zugrunde: