In dieser Hausarbeit wird ein Umsetzer entworfen, der in eine Rollbahn integriert ist. Die Konstruktion erfolgt mithilfe des Programms Solidworks. Zunächst werden alle Bauteile in einem ersten Entwurf berechnet. Darauf aufbauend folgen die weiteren Aufgaben. Um das Problem vereinfacht zu analysieren, werden die Lagekräfte ermittelt und bildlich veranschaulicht.
Bei der Erstellung der Hausarbeit sind die nachfolgenden Anforderungen zu berücksichtigen: Erstens ist zu beachten, dass der Belastungsfaktor KA = 1,2 in den aktuellen Belastungswerten noch nicht eingerechnet ist. Des Weiteren muss gewährleistet werden, dass sämtliche Wälzlager, die zur Lagerung der Bewegungsschraube dienen, eine Mindestlebensdauer von L10h, entsprechend 250 Stunden, haben. Für alle relevanten Berechnungen ist die Erdbeschleunigung mit 9,81 m/s2 und das E-Modul mit 210.000 N/(mm2) zu verwenden. Weitere Vorgaben sind eine Haftreibung von 0,3 zwischen Stahloberflächen und ein Wirkungsgrad des Getriebes von 0,95. Die vorgestellte Konzeption muss strikt befolgt werden. Dabei sollte der Umsetzer mit einem Asynchron-Elektromotor ausgestattet sein, der über ein Getriebe Bewegungen auf die Spindel überträgt. Die Spindel sollte frei von Biegebelastungen bleiben. Diese werden durch den Führungsschlitten abgefangen.
Die zulässigen Belastungen für die Spindel beschränken sich auf Torsion sowie Zug- und Druckbelastung. Alle Rotationen erfolgen in Wälzlagern, die entweder dauerhaft geschmiert sind oder in einem Ölbad laufen. Hinsichtlich der Fertigung sollen die Komponenten mit gängigen Verfahren wie Drehen, Fräsen, Bohren, Sägen und Schleifen aus Halbzeugen produziert und anschließend mittels Schraub- oder Schweißtechnik verbunden werden. Übermaßpassungen sind in der Gesamtkonstruktion zu vermeiden, mit Ausnahme derer an den Wälzlagern. Torsionsübertragungen sind mittels Passfederverbindungen umzusetzen. Abschließend ist zu bemerken, dass Sicherheitseinrichtungen und andere Übertragungsvorrichtungen für die Rollbahn nicht berücksichtigt werden müssen. Der Hauptfokus liegt auf der Funktionalität der Hubeinheit.
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
2.2.1 Handskizze und Bauteilanordnung
2.2.2 Erstellung des Berechnungsmodells
2.2.3 Berechnung und Auswahl der Bewegungsschraube
2.2.4 Berechnung und Auswahl des Antriebszapfens der Spindelwelle
2.2.5 Berechnung und Auswahl der Welle-Nabe Verbindung
2.2.6 Berechnung und Auswahl der Wälzlager
2.2.7 Berechnung der Dauerfestigkeit der Spindelwelle
2.2.8 Entwurfsskizze des direkten Umfeldes der Spindelwelle
2.2.9 Berechnung und Auswahl der Bolzen
2.2.10 Berechnung und Auswahl des Trägerprofils
2.2.11 Berechnung und Auswahl der Schrauben
2.2.12 Berechnung und Auswahl der Schweißnaht
2.2.13 Auswahl eines passenden Elektromotors
2.2.14 Auswahl der Kupplungen
2.2.15 Berechnung und Auswahl des Getriebes
2.2.16 CAD- Zeichnungen und Stückliste
Konstruktionsbeschreibung
Zielsetzung und Themen
Diese Arbeit zielt darauf ab, eine leistungsstarke und kosteneffiziente Hubeinheit für den Transport von Paketen zwischen Förderbändern zu konstruieren, wobei sämtliche mechanischen Komponenten unter Berücksichtigung definierter technischer Anforderungen berechnet und ausgelegt werden.
- Dimensionierung der Bewegungsschraube und Spindelmutter.
- Festigkeitsnachweis und Auswahl von Lagern, Bolzen und Schraubverbindungen.
- Konstruktive Auslegung des Antriebssystems inklusive Getriebe und Kupplung.
- Optimierung der Montageverbindungen durch Schweiß- und Lösungsverfahren.
- Sicherheitsnachweis gegen Dauerbruch und Knickstabilität der Spindelwelle.
Auszug aus dem Buch
2.2.3 Berechnung und Auswahl der Bewegungsschraube
Im Folgenden werden die Größe der Bewegungsschraube und ihrer Spindelmutter sowie die zu übertragende Leistung bestimmt. Hierbei wird das Gewinde der Spindel als Trapezform vorgegeben und der Werkstoff ist als Baustahl E295 zu berücksichtigen.
Berechnung und Auswahl der Spindel
Mit einer Hubhöhe von einem Meter wird die Spindel als lang und druckbeansprucht mit Knickgefahr eingestuft.
Damit der Kerndurchmesser berechnet werden kann muss zuvor die Knicklänge lk bestimmt werden. lk = 0,7 · hhub = 0,7 · 1000mm = 700mm Als Sicherheitsfaktor wird aus dem vorgegebenen Bereich von S ≈ 6... 8 mit einem Wert von 7 bestimmt. Der Baustahl E295 weist ein Elastizitätsmodul von 210000 N/mm2 auf. Die Werte werden in die Formel eingesetzt.
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Umriss des Projekts zur Entwicklung einer Hubeinheit inklusive der technischen Vorgaben und Anforderungen für die Konstruktion in Solidworks.
2.2.1 Handskizze und Bauteilanordnung: Erstellung eines ersten Lösungskonzepts durch Skizzierung der Baugruppen und ihrer räumlichen Anordnung.
2.2.2 Erstellung des Berechnungsmodells: Ableitung eines physikalischen Modells für die Kraftanalyse basierend auf den gegebenen technischen Parametern.
2.2.3 Berechnung und Auswahl der Bewegungsschraube: Bestimmung der geometrischen Abmessungen und der Leistungsparameter für die trapezförmige Spindel unter Berücksichtigung von Knickgefahr.
2.2.4 Berechnung und Auswahl des Antriebszapfens der Spindelwelle: Ermittlung des notwendigen Wellendurchmessers unter Beachtung der Torsionsbeanspruchung und der Passfedernut.
2.2.5 Berechnung und Auswahl der Welle-Nabe Verbindung: Dimensionierung der Passfederverbindung unter Berücksichtigung der zulässigen Flächenpressung.
2.2.6 Berechnung und Auswahl der Wälzlager: Auslegung des Fest- und Loslagers, um eine ausreichende Betriebslebensdauer unter axialer Last sicherzustellen.
2.2.7 Berechnung der Dauerfestigkeit der Spindelwelle: Sicherheitsnachweis für die Spindelwelle gegen Dauerbruch und elastische Knickung.
2.2.8 Entwurfsskizze des direkten Umfeldes der Spindelwelle: Konkretisierung der Lagerungssituation und Auswahl geeigneter Nadellager für die Laufrollen.
2.2.9 Berechnung und Auswahl der Bolzen: Festigkeitsauslegung der Bolzenverbindungen in der Aufnahmeeinheit unter Berücksichtigung von Kippmomenten.
2.2.10 Berechnung und Auswahl des Trägerprofils: Bestimmung des optimalen Anschlussprofils für die Führungsschiene basierend auf Biegespannungsanalysen.
2.2.11 Berechnung und Auswahl der Schrauben: Dimensionierung und Festigkeitsnachweis der Schraubverbindungen am Lagerbock.
2.2.12 Berechnung und Auswahl der Schweißnaht: Dimensionierung der Schweißverbindung zwischen Spindelmutterhalter und Führungsschlitten.
2.2.13 Auswahl eines passenden Elektromotors: Auslegung des Antriebsmotors basierend auf dem errechneten Drehmomentbedarf und der geforderten Drehzahl.
2.2.14 Auswahl der Kupplungen: Auswahl einer geeigneten Sicherheitskupplung zum Schutz gegen Überlast und zum Toleranzausgleich.
2.2.15 Berechnung und Auswahl des Getriebes: Auslegung der Zahnradverzahnung unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses und der Profilverschiebung.
2.2.16 CAD- Zeichnungen und Stückliste: Zusammenstellung der Fertigungsdetails und Bauteileübersicht.
Konstruktionsbeschreibung: Abschließende Betrachtung der Funktionalität, Wartbarkeit und Wirtschaftlichkeit der entworfenen Hubeinheit.
Schlüsselwörter
Hubeinheit, Konstruktion, Maschinenelemente, Festigkeitsberechnung, Spindelwelle, Lagerung, Bolzenverbindung, Schweißnaht, Getriebe, Elektromotor, Sicherheitskupplung, Dauerfestigkeit, Knickstabilität, Solidworks, Baustahl.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Konstruktionsarbeit primär?
Der Fokus der Arbeit liegt auf der rechnerischen Auslegung und konstruktiven Gestaltung einer Hubeinheit, die in eine Rollbahn integriert wird, um Pakete effizient vertikal zu bewegen.
Welche zentralen Themenbereiche werden behandelt?
Die Arbeit umfasst die gesamte mechanische Auslegung von Antriebskomponenten wie Spindeln, Lagern, Bolzen, Schrauben und Getriebestufen bis hin zur Schweißnahtberechnung.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Erstellung einer stabilen, wirtschaftlichen und wartungsfreundlichen Konstruktion, die alle mechanischen Festigkeitsanforderungen erfüllt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein ingenieurwissenschaftlicher Berechnungsansatz verwendet, der auf den Grundlagen der Maschinenelemente (Festigkeitslehre, Getriebetechnik, DIN-Normen) basiert, ergänzt durch computergestützte CAD-Konstruktion.
Was wird im Hauptteil detailliert behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in verschiedene Berechnungsabschnitte für die einzelnen Bauelemente wie Spindel, Wellen, Verbindungen und Antriebe, wobei jeder Schritt mathematisch hergeleitet und begründet wird.
Durch welche Merkmale lässt sich die Arbeit zusammenfassen?
Die Arbeit ist charakterisiert durch praxisorientierte Berechnungen, die Anwendung von Sicherheitsfaktoren und die systematische Auswahl von Industriekomponenten wie FAG-Lagern oder ABB-Motoren.
Warum spielt die Knickstabilität bei der Spindel eine so große Rolle?
Da die Spindel bei einer Hubhöhe von einem Meter als langes, druckbeanspruchtes Bauteil fungiert, ist der Nachweis gegen Knickung essenziell, um ein Versagen bei Betriebslast auszuschließen.
Welche Bedeutung hat das Getriebe für das Gesamtsystem?
Das Getriebe reduziert die hohe Drehzahl des Motors auf die benötigte Spindeldrehzahl und überträgt das Torsionsmoment effizient auf die Hubspindel.
Wie wurde die Verbindung zwischen Spindelmutter und Schlitten gewählt?
Aufgrund der konstruktiven Anforderungen wurde eine Schweißverbindung gewählt, deren Nahtgeometrie und Dimensionierung mittels Spannungsnachweisen unter Berücksichtigung der Belastungsszenarien berechnet wurde.
Warum wurde ein Sicherheitsfaktor für die Schweißnaht angewendet?
Der Sicherheitsfaktor dient als Puffer gegen unvorhergesehene Lastspitzen und stellt sicher, dass die Verbindung auch bei variablen Betriebsbedingungen dauerhaft hält.
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- Anonymous,, 2023, Konstruktion einer Hubeinheit. Entwurf eines Umsetzers, der in eine Rollbahn integriert ist, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1555819
