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

Inhaltsverzeichnis

Verzeichnis der Formelzeichen

1 Funktionsbeschreibung

2 Getriebedaten der 2. Stufe

3 Zahngeometrie in MDesign

3.1 Eingabedaten für die Geometrie

3.2 Ergebnisse der Zahngeometrie

4 Festigkeitsberechnung in MDesign

4.1 Eingabedaten für Festigkeitsberechnung

4.2 Ergebnisse der Festigkeitsberechnung

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Verzeichnis der Anlagen

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 iges= 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.

Verzeichnis der Formelzeichen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Funktionsbeschreibung

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

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Getriebeskizze

Kraftfluss:

Das Getriebe besteht, wie in der Abbildung dargestellt, aus zwei Getriebestufen, die ein Gesamtübersetzung von iges= 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 Min und die Drehzahl n von 1600min-¹eingeleitet.

Das Moment wird über das Rad 2 übersetzt und auf die Welle 2 und somit zum Ritzel 3 wei-tergeleitet. 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 Dreh-zahl 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 Kupplungsseite, 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 Gehäusesei-ten.

Verzahnung:

Die erste Getriebestufe ist wie vorgeschrieben als V- Plusgetriebe und mit einer Schrägver-zahnung 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 ausge-führt.

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 Zahnkranz-breite 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:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3 Zahngeometrie in MDesign

Für die Nachrechnung der Getriebebestandteile wurde das PC- Programm MDesign genutzt. Nachgerechnet wurden die Geometrie und Festigkeit der Verzahnung der 2. Getriebestufe Æ Ritzel 3 und Rad 4. Dabei sind für die Nachrechnung der Festigkeit der Verzahnung die in MDesign errechneten Geometriedaten des Zahnradpaares erforderlich.

3.1 Eingabedaten für die Geometrie

Für die Festigkeitsrechnung der Verzahnung sind die Geometriedaten und MDesign- Ergebnisse der Geometrieberechnung erforderlich. Die Daten wurden aus den Entwurfunterlagen aus WCad und den Randbedingungen der Aufgabenstellung entnommen.

Registerblatt 1:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Profilwinkel, Kopfkürzung und Schrägungswinkel aus WCad restliche Werte ergeben sich in MDesign Rechnung ohne Kopfkürzung

Registerblatt 2:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- sämtliche Daten aus WCAD durch Eingabe der Zähnezahlen entfällt Eingabe Übersetzungsverhältnis

Registerblatt 3:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Daten für die Werkzeuge zur Herstellung des Ritzel 3 und Rad 4

durch fehlende Eingabe der geforderten Parameter werden diese durch MDesign selbst errechnet (- keine Besonderheiten bei Werkzeuggeometrie)

3.2 Ergebnisse der Zahngeometrie

Die in WCad ermittelten Daten der Zahngeometrie stellen lediglich Entwurfsdaten dar. Mit den Ergebnissen in MDesign erhält man alle notwendigen Daten für die Herstellung des Ritzel 3 und Rad 4. Des Weiteren werden diese Ergebnisdaten für die Festigkeitsrechnung der Verzahnung benötigt.

Neben den in WCad gewonnenen Daten werden durch die MDesign- Rechnung Werte ermittelt, mit denen sich ein einwandfreies Funktionieren der Verzahnung überprüfen lässt:

1. Eingriffsstrecke gα (12.2920 mm) > Eingriffsteilung pen (7.3803 mm)
2. - daraus folgt vorh. Profilüberdeckung eα vorh (1.6655) > erford. Profilüberdeckung eα erford. (1,1) nach Roloff/Matek
3. Kopfkürzung nicht notwendig, da Kopfspiel mit 0,4175mm ausreichend Æ Anpassung des Fußkreisdurchmesser (Rad 4 und Ritzel 3) auf df ( Rad4)= 146,665mm und df (Ritzel 3)= 41,665mm
4. Zahndicken san (Ritzel= 1.7214; Rad= 1.9663 mm) > als erforderlich san erf.= 0,1mm nach Roloff/Matek
5. Achsabstand, Teilkreisdurchmesser, Eingriffswinkel, Kopfkreisdurchmesser und Zäh- nezahlen aus WCad entsprechen den in MDesign ermittelten Werte Æ ausreichend

(Ergebnisse Verzahnung Geometrie siehe Anlage 1)

Mit den Ergebnissen ergeben sich folgende Verzahnungsgeometrien:

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