Auslegung und Nachweisführung eines Getriebes

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 - Einleitung
1.1 - Problemstellung und Relevanz
1.2 - Ziele und Gliederung

2 - Aufgabe 1) Technische Zeichnung erläutern - Funktion des Getriebes

3 - Aufgabe 2) Getriebedaten
3.1 - Ermittlung des Abtriebsdrehmoments, Kopfkreis-, Wälz-/Teilkreis- und Fußkreisdurchmesser von Zahnrad 3
3.2 - Ermittlung des Achsabstands der Wellen, das Übersetzungverhältnis der zweiten Getriebestufe sowie die Zähne Zahl von Zahnrad 4
3.3 - Ermittlung der Teilung, Zahndicke und Lückenweite von Zahnrad 2

4 - Aufgabe 3) Auslegung der Passfederverbindung

5 - Aufgabe 4) Auflagerreaktionskräfte bestimmen

6 - Aufgabe 5) Befestigung des Zahnrads 2 mit Rundklebung

7 - Aufgabe 6) Befestigung des Zahnrads 2 mit Rundschweißung

8 - Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Komponenten des Getriebes, Kraftverlauf und Getriebestufen - 2 - Abbildung 2: Horizontale Kraft FU4 und Kraft F4

1 - Einleitung

1.1 - Problemstellung und Relevanz

Als Mitarbeiter im Unternehmen Getriebefom wird die Auslegung und die Nachweisführung zu dem nachfolgenden Getriebe von mir ausgearbeitet. Es liegt die nachfolgende technische Zeichnung (s. Abbildung 1) vor. Außerdem stehen die technischen Daten nach Zeile 3 zur späteren Berechnung zur Verfügung:

- Eingangsdrehmoment Tn = 220 Nm
- Motordrehzahl ni = 870 U/min
- Die Gesamtübersetzung iges = 8,917
- Zähne: Z1 = 23, Z2 = 49, Z3 = 21
- Der Modul der ersten Getriebestufe m12 = 2,5 mm,
- Der Modul der zweiten Getriebestufe m34 = 3 mm,
- Welle l aus Vergütungsstahl C45E.

1.2 - Ziele und Gliederung

In Bezug auf das in Kapitel 1.1 erwähnte zugrunde liegende Problem, besteht das Ziel darin, einen Scientific Essay für die nächste Sitzung im Konstruktionsausschuss zu erstellen und die nachfolgende Ausarbeitung / Nachweisführung vorzustellen.

2 - Aufgabe 1) Technische Zeichnung erläutern - Funktion des Getriebes

In der Abbildung 1 (s. unten) ist die Getriebedarstellung im Schnitt (nicht maßstabsgetreu) und einige eingezeichnete Komponenten, die beiden Getriebestufen und der Kraftverlauf (rot eingezeichnet) zusehen. Nachfolgend werden einige Komponenten und deren Funktionen beschrieben. Nicht alle Komponenten die nachfolgend beschrieben werden, sind in der Abbildung 1 eingezeichnet / markiert. Dort sind lediglich die wichtigsten Komponenten eingezeichnet.

Aus der Zeichnung sind drei Wellen als elementare Komponenten im Getriebe zusehen. Eine Eingangswelle (rechts oben), eine Übergangswelle (mitte unten) und eine Ausgangswelle (links oben). Die Funktion der Welle ist, ein Drehmoment zu -2 - übertragen, die in diesem Fall durch Zahnräder weitergeleitet werden. Wellen werden auf Torsion und Querkräfte auf Biegung beansprucht.¹ Oben rechts auf der Abbildung ist die dünnere Eingangswelle abgebildet. Die Eingangswelle überträgt ein geringeres Drehmoment als die dickere Ausgangswelle links oben. Dafür weist die Eingangswelle eine höhere Drehzahl als die Ausgangswelle aus. Das Eingangsdrehmoment TN beträgt 220 Nman der Eingangswelle und die Drehzahl beträgt 870 U/min.

In dem Getriebe sind vier Zahnräder verbaut, um die Kraft zwischen den Wellen zu übertragen. Die Zahnräder sind an der Strich-Punkt-Linie zu erkennen. Während des Einsatzes des Getriebes greifen die Zähne bei Drehung der Welle in die entsprechenden Zahnlücken des Gegenrades. Die Arbeitsflanken eines Radpaares treffen sich im Eingriffspunkt.²

Abbildung 1: Komponenten des Getriebes, Kraftverlauf und Getriebestufen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an die Abbildung aus der Aufgabenstellung Scientific Essay Maschinenelemente- & Systeme

An der Eingangs- und Ausgangswelle ist eine Wellennut zusehen, in diese wird jeweils eine Passfeder eingelegt. Dadurch entsteht eine Welle-Nabe-Verbindung. Die Funktion der Passfeder ist, eine formschlüssige Verbindung herzustellen, um ein Drehmoment von dem Motor auf die Eingangswelle (rechts) zu übertragen. Die Passfeder ist also da, um eine Kraftübertragung zu gewährleisten.³

Die beiden Getriebestufen m12 und m34 sind in der technischen Zeichnung eingezeichnet. Die erste Getriebestufe wirkt an der Eingangswelle und wird dann über die Übergangswelle unten in der Mitte an die Ausgangswelle oben links übertragen.

Das Gehäuse sorgt dafür, dass kein Dreck und Schmutz in das Getriebe kommt und zum Schutz von Personen.

Direkt am Eingang bzw. Ausgang von den Wellen, an den Punkten, an denen die Eingangs- und Ausgangswelle in das Gehäuse eingehen sind Dichtungen befestigt. Bei Getrieben werden häufig Radial-Wellendichtringe (RWDR) verwendet. Diese Wellendichtringe sind besonders langlebig und besitzen eine hohe Dichtwirkung. Die Funktion des Radial-Wellendichtrings ist, dass kein Schmutz oder Spritzwasser eindringt und kein Öl ausläuft.⁴

Im Gehäuse sind viele Rillenkugellager (Wälzlager) vorhanden. Das Rillenkugellager ist selbsthaltend und vielfältig einsetzbar. Außerdem ist es zudem noch preisgünstig. Daher wird dieses Wälzlager am häufigsten verwendet. Aus der Zeichnung geht hervor, dass genau solche Wälzlager verbaut sind. Diese haben die Funktion hohe Radialkräfte Fr und Axialkräfte Fa in beide Richtungen aufzunehmen.⁵

Die verbauten Schrauben sorgen dafür, dass der Gehäusedeckel an das Getriebe befestigt werden kann.

Der Kraftverlauf geht (rot eingezeichnet) von rechts nach links. Dies ist anhand der Anzahl der Zähne zu erkennen. z1 = 23 Zähne, z2 = 49 Zähne und z3 = 21 Zähne sind bekannt. Z4 ist unbekannt. Der Modul von dem ersten Zahnradpaar ist gleich 2,5 mm. Der Modul m eines Zahnradpaares muss immer das gleiche sein.⁶ Der Modul des zweiten Zahnradpaares ist gleich 3 mm.

Die Formel der Zähnezahl lautet z =

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Über die Formel lässt sich der Modul m wie folgt berechnen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Teilkreisdurchmesser/Zähnezahl.

Der Modul von 2,5 mm bei dem ersten Zahnradpaar: Zähne Zahl von z1 = 23 und von z2 = 49

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Modul bleibt gleich.

Das heißt, wenn die Zähne Zahl ansteigt, muss der Durchmesser auch ansteigen, sonst verändert sich der Modul m.

Wenn das erste Zahnrad 23 Zähne und das zweite 49 Zähne hat muss auch der Durchmesser ansteigen. Deshalb ist rechts die Eingangswelle (dünnere Welle) und links die Ausgangswelle (dickere Welle).⁷

Daraus ergibt sich die Nummerierung der Zahnräder.

Die Funktion des Getriebes ist, dass das Drehmoment umgewandelt wird und steigt und die Drehzahl von dem angetriebenen Motor sinkt. Das erkennt man daran, dass das Gesamtübersetzungsverhältnis iges größer als 1 ist. Iges = 8,917. Wenn iges > 1, dann treibt ein kleines Zahnrad ein großes Zahnrad an.⁸

3 - Aufgabe 2) Getriebedaten

Im Folgenden werden einige Getriebedaten u.a. von dem Zahnrad 3 und das Übersetzungsverhältnis der zweiten Getriebestufe sowie die Zähne Zahl von Zahnrad 4 ermitteln. Zudem wird die Teilung, Zahndicke und Lückenweite von Zahnrad 2 ermittelt.

[...]

^{1 Vgl.} Herbert Wittel, et al., Roloff/Matek Maschinenelemente, 24. Auflage, 2019, S. 383.

^{2 Vgl.} Herbert Wittel, et al., Roloff/Matek Maschinenelemente, 24. Auflage, 2019, S. 757.

^{3 Vgl.} Herbert Wittel, et al., Roloff/Matek Maschinenelemente, 24. Auflage, 2019, S. 421 ff.

^{4 Vgl.} Herbert Wittel, et al., Roloff/Matek Maschinenelemente, 24. Auflage, 2019, S. 746.

^{5 Vgl.} Herbert Wittel, et al., Roloff/Matek Maschinenelemente, 24. Auflage, 2019, S. 538.

^{6 Vgl.} Herbert Wittel, et al., Roloff/Matek Maschinenelemente, 24. Auflage, 2019, S. 784.

^{7 Vgl.} Roland Gomeringer, et al. Tabellenbuch Metall, Europa Verlag, 47. Auflage, 2018, S. 260.

^{8 Vgl.} Herbert Wittel, et al., Roloff/Matek Maschinenelemente, 24. Auflage, 2019, S. 757 ff.