Die vorliegende Hausarbeit beinhaltet den Entwurf einer Zahnradstufe und gliedert sich in:
1. Entwurfsberechnung der Wellen, Zahnräder, Passfedern, Wälzlager
2. Zeichnungen (Antriebsbaugruppe und Stückliste sowie Antriebswelle)
3. Konstruktionsbeschreibung
4. Anlagen (Berechnungsgleichungen für die geometrischen Größen von Zahnradgetrieben mit Geradverzahnung)
Der Ausgangspunkt für den Entwurf der Zahnradstufe ist:
Zwei geradverzahnte Stirnräder übertragen eine Nennleistung P von einer Eingangsdrehzahl nE auf eine Ausgangsdrehzahl nA.
Die gegebenen Ausgangswerte sind:
Nennleistung P = 9 kW
Eingangsdrehzahl nE = 1.000 U/min
Ausgangsdrehzahl nA = 325 U/min
Betriebsfaktor cB = 1,5
Axialkraft Fax = 800 N
Es gelten folgende Vorgaben:
• Betriebsfaktor cB = Anwendungsfaktor KA
• Zahnradwerkstoff: Einsatzstahl, einsatzgehärtet (58…60 HRC). Unterer Festigkeitswert.
• Wellenwerkstoff: St50 – 2 (E295)
• Die Lagerung der Wellen erfolgt in Kugellagern mit einer rechnerischen Lebensdauer von mindestens 10.000 Stunden.
• Die Zahnräder sitzen bei etwa einem Drittel des Lagerabstandes auf der Seite der Momen-teneinleitung.
• Die Zahnräder sind mit rundstirnigen Passfedern auf den Wellen befestigt.
• Die An- und Abtriebswelle besitzen jeweils einen Wellenabsatz mit Passfeder, auf dem eine Kupplung gegen eine Wellenschulter angelegt werden kann.
• Die An- und Abtriebswelle sind mit Radialwellendichtringen abzudichten (Symbolische Darstellung).
• Es ist ein genormter Achsabstand anzuwenden.
• Auf beide Wellen wirkt eine zusätzliche Axialkraft Fax, die bei der Wälzlagerberechnung zu berücksichtigen ist.
• Die vorgegebene Übersetzung ist mit ± 3 % einzuhalten.
Es gelten folgende übergeordnete Gesichtspunkte:
• Gewährleistung der Funktionssicherheit (Drehmomentübertragung, axiale Befestigung von Zahnrädern und Wälzlagern auf den Wellen, ausreichende Festigkeit aller Bauteile).
• Fertigungsgerechte Gestaltung.
• Montagemöglichkeit und -erleichterung.
• Möglichst kleine Bauweise: → Zähnezahlen, wenn möglich, nach unten runden.
• Normgerechte Bauteile und normgerechte Darstellung.
• Gut gegliederte und übersichtliche Ergebnisdarstellung.
Inhaltsverzeichnis
1. Entwurfsberechnung der Wellen, Zahnräder, Paßfedern, Wälzlager
1.1 Ermittlung der Nenndrehmomente Mtnenn1 und Mtnenn2
1.2 Überschlägige Ermittlung der Wellendurchmesser d1Antrieb und d2Abtrieb
1.3 Überschlägige Ermittlung des Moduls m der Zahnräder
1.4 Bestimmung des mindestens erforderlichen Fußkreisdurchmessers des Rades 1 und der Zähnezahl z1
1.5 Ermittlung der Zähnezahl z2
1.6 Berechnung des Achsabstandes
1.7 Überprüfung der Profilverschiebung und des Übersetzungsverhältnisses
1.8 Abschätzung der Radialkraft am Zahnrad und Aufteilung auf die Wälzlager
1.9 Auswahl der Wälzlager und Berechnung der Lebensdauer
1.10 Berechnung und Auswahl der Paßfedern
1.11 Berechnung der Zahnkopf-, Zahnfuß- und Wälzkreisdurchmesser, Zahnradbreite, Zahradnabenbreite und Aufteilung der Profilverschiebung
1.12 Nachrechnung aller belasteten Teile
1.12.1 Durchbiegung und Lagerneigung für einen gemittelten Wellendurchmesser der Antriebswelle
1.12.2 Dauerfestigkeit der Antriebswelle
1.12.3 Paßfedern für die Zahnräder auf zulässige Pressung
2. Zeichnungen
2.1 Antriebsbaugruppe und Stückliste
2.2 Antriebswelle
3. Konstruktionsbeschreibung
4. Anlagen
4.1 Berechnungsgleichungen für die geometrischen Größen von Zahnradgetrieben mit Geradverzahnung
Zielsetzung und Themen
Diese Hausaufgabe befasst sich mit der konstruktiven Auslegung und rechnerischen Dimensionierung einer Zahnradstufe. Das primäre Ziel ist der vollständige Entwurf unter Einhaltung technischer Normen, wobei die Funktionssicherheit, eine fertigungsgerechte Gestaltung sowie die Berechnung der Lebensdauer der Wälzlager und der Festigkeit der Wellen-Naben-Verbindungen im Vordergrund stehen.
- Berechnung der Nenndrehmomente und der benötigten Wellendurchmesser.
- Dimensionierung der Zahnräder inklusive Profilverschiebung und Bestimmung der Zähnezahlen.
- Auswahl und Lebensdauerberechnung der Wälzlager sowie der zugehörigen Paßfedern.
- Nachweis der Dauerfestigkeit der Antriebswelle und der Funktionssicherheit der Bauteile.
Auszug aus dem Buch
3. Konstruktionsbeschreibung
Vor den Berechnungen habe ich mir grundsätzliche Gedanken über das Aussehen der Zahnradstufe gemacht. Da die Wellen unterschiedliche Bauteile aufnehmen müssen (Radialwellendichtringe, Wälzlager, Zahnräder, Paßfedern), die verschiedene Oberflächenrauhigkeiten und Maßtoleranzen haben, erscheint mir eine Abstufung in dafür separate Wellenabschnitte sinnvoll. Weiterhin sind mehrere Bedingungen zu beachten (Wellenschulter als Anlagefläche, ausreichender Sicherheitsabstand zwischen Zahnrad und Lager). Daher kommen zu den Wellenabsätzen der Bauteile noch zwei Wellenabsätze hinzu. Der Wellenabschnitt zwischen Ritzel und Lager dient zum einen als Garantie für den Lagerabstand zwischen Zahnrad und Wälzlager, und zum anderen als Anlagefläche.
Nach der Berechnung der überschlägigen Wellendurchmesser2), unter Berücksichtigung des Betriebsfaktors cB und der Wellennuttiefe der Paßfeder, sind die Durchmesser des Antriebszapfens (Krafteinleitung) und des Abtriebszapfens (Kraftabgabe), als Ausgangspunkte für die anderen Wellenabschnitte, gegeben.
Zur Berechnung der Zahnräder4) habe ich nun den Modul errechnet. Der mindesterforderliche Fußkreisdurchmesser des Ritzels ist auf den Durchmesser des Ritzelabschnittes und der Nabennuttiefe der zugehörigen Paßfeder berechnet. Über die erhaltene Zähnezahl des Ritzels und dem gegebenen Übersetzungsverhältnis erhält man die Zähnezahl des zweiten Zahnrades. Aus den bisherigen Daten läßt sich der Nullachsabstand errechnen. Da dieser von einem genormten Achsabstand abweicht ist klar, daß es eine Profilverschiebung und einen vom Normaleingriffswinkel abweichenden Betriebseingriffswinkel gibt. Eine Überprüfung der Profilverschiebung und des Übersetzungsverhältnisses führt zu, von den Ausgangszähnezahlen abweichenden Zähnezahlen, die ich entsprechend korrigiert habe.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Entwurfsberechnung der Wellen, Zahnräder, Paßfedern, Wälzlager: Detaillierte mathematische Herleitung und Dimensionierung aller mechanischen Komponenten der Zahnradstufe gemäß technischer Richtlinien.
2. Zeichnungen: Dokumentation des konstruktiven Entwurfs durch technische Zeichnungen der Antriebsbaugruppe inklusive Stückliste und spezifischer Details zur Antriebswelle.
3. Konstruktionsbeschreibung: Erläuterung der methodischen Vorgehensweise, der konstruktiven Überlegungen und der logischen Abfolge bei der Auslegung der einzelnen Wellenabschnitte und Bauteilgruppen.
4. Anlagen: Zusammenfassende tabellarische Aufstellung aller Berechnungsgleichungen und der resultierenden geometrischen Parameter für die Zahnradgetriebe mit Geradverzahnung.
Schlüsselwörter
Zahnradstufe, Konstruktion, Wellendimensionierung, Nenndrehmoment, Zahnrad, Wälzlager, Lebensdauerberechnung, Paßfeder, Profilverschiebung, Radialkraft, Getriebeentwurf, Maschinenbau, Dauerfestigkeit, Geradverzahnung, Wellenabsatz.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit dokumentiert den technischen Entwurf und die Dimensionierung einer Zahnradstufe im Rahmen einer universitären Hausaufgabe.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Berechnung von Wellendurchmessern, der Auslegung von Zahnradverzahnungen, der Dimensionierung von Wälzlagern sowie der Nachrechnung von Passfederverbindungen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die konstruktive Auslegung einer Zahnradstufe unter Berücksichtigung von Funktionssicherheit, fertigungsgerechter Gestaltung und Einhaltung spezifischer Betriebsparameter.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden klassische maschinenbauliche Berechnungsmethoden und Auslegungsrichtlinien für Getriebeelemente angewandt, unterstützt durch Normtabellen und konstruktive Gestaltungsprinzipien.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die schrittweise Berechnung der Drehmomente, der Achsabstände, der Profilverschiebungen sowie die Festigkeitsnachweise und die Bestimmung der Lebensdauer der Lager.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Zahnradstufe, Wellenfestigkeit, Wälzlagerlebensdauer, Profilverschiebung und technische Konstruktion.
Warum wurde eine Profilverschiebung vorgenommen?
Die Profilverschiebung war notwendig, um den berechneten Null-Achsabstand an einen genormten Achsabstand anzupassen und somit die Anforderungen an die Bauweise zu erfüllen.
Wie wurde die Aufteilung der Radialkraft auf die Wälzlager begründet?
Die Aufteilung erfolgte basierend auf der Position des Zahnrads bei ca. einem Drittel des Lagerabstandes, was eine direkte proportionale Aufteilung der Radialkräfte zur Folge hat.
- Quote paper
- Dipl.-Wirtsch.-Ing.(FH) Jürgen Dute (Author), 2000, Entwurf einer Zahnradstufe, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/10224
