Gegeben war die Aufgabenstellung eine Zahnradstufe zu berechnen und im Anschluss zu konstruieren. Hierzu wurden Daten und Konstruktionsanweisungen zur Verfügung gestellt.
Ergänzt wurden diese Informationen durch die Werke von Roloff/Matek (Maschinenelemente), Hoischen/Hesser (Technisches Zeichnen) und das Tabellenbuch Metall.
Begonnen wurde die Berechnung mit der überschlägigen Ermittlung der Wellendurchmesser und des Moduls der Zahnräder. Darauf aufbauend wurden die Werte für den Fußkreisdurchmesser und die Zähnezahl ermittelt. Im Anschluss wurde der optimale Achsabstand ermittelt und die Auswahl der Kugellager getroffen. Die Berechnung der Lebensdauer erfolgte im Anschluss. Die Berechnung der Zahnräder erfolgte über die Werte des Zahnkopf-, Zahnfuß- und Wälzkreisdurchmessers, der Zahnbreite, Zahnradnabenbreite und Aufteilung der Profilverschiebung. Parallel wurden per CAD-Software die Wellen und Zahnräder konstruiert.
Nach der Konstruktion wurden die Durchbiegung und die Lagerneigung berechnet, die Dauerfestigkeit der Antriebswelle ermittelt und die maximalen Betriebstunden der Lager ermittelt.
Die 3D-Zeichnungen wurden in Werkstattzeichnungen abgewandelt und eine Stückliste erstellt.
Inhaltsverzeichnis
1 Aufgabenstellung
2 Entwurfsberechnung
2.1 Ermittlung der Nenndrehmomente
2.2 Überschlägige Ermittlung der Wellendurchmesser
2.3 Überschlägige Ermittlung des Moduls der Zahnräder
2.4 Bestimmung des mindestens erforderlichen Fußkreisdurchmessers und der Zähnezahl (Zahnrad 1)
2.5 Ermittlung der Zähnezahl (Zahnrad 2)
2.6 Berechnung des Achsabstands
2.7 Abschätzung der Radialkraft am Zahnrad und Aufteilung auf die Wälzlager
2.8 Auswahl der Wälzlager und Berechnung der Lebensdauer
2.9 Berechnung und Auswahl der Passfedern
2.10 Berechnung der Zahnkopf-, Zahnfuß- und Wälzkreisdurchmesser, Zahnbreite, Zahnradnabenbreite und Aufteilung der Profilverschiebung
2.11 Gleichmäßige Aufteilung der Profilverschiebung auf Zahnkopf- und Zahnfußdurchmesser
3 Nachberechnung
3.1 Durchbiegung und Lagerneigung für einen gemittelten Wellendurchmesser der An- und Abtriebswelle
3.2 Dauerfestigkeit der Antriebswelle
3.3 Festlager und Loslager
4 Zeichnungen
5 Konstruktionsbeschreibung
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die methodische Berechnung und konstruktive Auslegung einer einstufigen, geradverzahnten Stirnradstufe unter Berücksichtigung definierter technischer Randbedingungen. Die Forschungsarbeit konzentriert sich darauf, ausgehend von einer Nennleistung und den Drehzahlanforderungen, die Dimensionierung der Wellen, Zahnräder und Lager so vorzunehmen, dass sowohl die geforderte Lebensdauer als auch die Festigkeitsanforderungen erfüllt werden.
- Dimensionierung von Zahnrädern und Achsabständen
- Berechnung und Auswahl von Wälzlagern unter Last
- Wellenberechnung hinsichtlich Durchbiegung und Dauerfestigkeit
- Konstruktive Gestaltung von Passverbindungen und Profilverschiebungen
Auszug aus dem Buch
2.2 Überschlägige Ermittlung der Wellendurchmesser
Für den Wellendurchmesser unter Berücksichtigung des Betriebsfaktors gilt:
d_sh = 3-te Wurzel aus (16 * c_B * M_tnenn1,2 / pi * tau_tzul) mit tau_tzul = 20 N / mm^2
d_1 = 3-te Wurzel aus (16 * 1,1 * 143,25 * 10^3 Nmm / pi * 20 N/mm) = 34,23mm
d_2 = 3-te Wurzel aus (16 * 1,1 * 454,76 * 10^3 Nmm / pi * 20 N/mm) = 48,74mm
Zusammenfassung der Kapitel
1 Aufgabenstellung: Definition der technischen Anforderungen, Leistungswerte und Randbedingungen für den Entwurf der Zahnradstufe.
2 Entwurfsberechnung: Durchführung der grundlegenden dimensionierenden Berechnungen von Nenndrehmomenten, Geometrie und Lagerung.
3 Nachberechnung: Validierung der Konstruktion hinsichtlich Durchbiegung, Dauerfestigkeit und Lagerlebensdauer.
4 Zeichnungen: Dokumentation der erstellten 3D-Konstruktion mittels Explosionszeichnungen und isometrischen Darstellungen.
5 Konstruktionsbeschreibung: Zusammenfassung des methodischen Vorgehens und der angewandten Konstruktionsprinzipien.
Schlüsselwörter
Zahnradstufe, Stirnrad, Wellenberechnung, Wälzlager, Dauerfestigkeit, Profilverschiebung, Passfeder, Drehmoment, Achsabstand, Lebensdauer, Konstruktion, Maschinenbau, Festigkeitsnachweis, Radiallager, Antriebstechnik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der vorliegenden Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen Konstruktion und rechnerischen Dimensionierung einer geradverzahnten Zahnradstufe.
Was sind die zentralen Themenfelder der Konstruktion?
Die Schwerpunkte liegen auf der Berechnung der Wellen, der Auslegung der Stirnräder sowie der korrekten Dimensionierung der Kugellager.
Was ist das primäre Ziel der Berechnungen?
Das Ziel ist die Auslegung einer funktionsfähigen Zahnradstufe, die eine Nennleistung von 15 kW bei festgelegten Drehzahlen überträgt und eine Mindestlebensdauer von 10.000 Stunden erreicht.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden klassische ingenieurwissenschaftliche Berechnungsmethoden der Maschinenelemente angewandt, gestützt auf Tabellenwerke wie Roloff/Matek.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die schrittweise Entwurfsberechnung, die Profilverschiebung der Zahnräder, die Auswahl der Passfedern sowie die detaillierte Nachberechnung der Wellendurchbiegung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Zahnradstufe, Stirnrad, Wellenberechnung, Lebensdauer, Dauerfestigkeit und Konstruktion.
Wie wurde die Profilverschiebung bei den Zahnrädern berücksichtigt?
Die Profilverschiebung wurde gleichmäßig auf Zahnkopf- und Zahnfußdurchmesser verteilt, um die gewünschten Verzahnungsparameter und den Achsabstand zu optimieren.
Warum wurde eine Nachberechnung der Antriebswelle durchgeführt?
Die Nachberechnung dient der Sicherheitsüberprüfung, um sicherzustellen, dass die Welle sowohl die geforderte Durchbiegungsgrenze einhält als auch dauerfest gegenüber den auftretenden Belastungen ist.
- Arbeit zitieren
- Sebastian Mosmann (Autor:in), 2010, Berechnung einer Zahnradstufe, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/182675
