Entwurf einer Zahnradstufe, bei der zwei geradverzahnte Stirnräder eine Nennleistung P von einer Eingangsdrehzahl nE auf einer Ausgangsdrehzahl nA übertragen. Die spezifischen Werte der hier bearbeiteten Version 0 sowie eine Vielzahl weiterer Anforderungen und Rahmenbedingenungen entnehmem Sie bitte der Aufgabenbeschreibung im 1. Kapitel.
Inhaltsverzeichnis
1 Aufgabenbeschreibung
2 Entwurfsberechnung
2.1 Ermittlung der Dreh- bzw. Torsionsmomente
2.2 Ermittlung der minimalen Wellendurchmesser
2.3 Ermittlung Normalmodul der Zahnräder
2.4 Bestimmung minimaler Fußkreisdurchmesser und Zähnezahl Zahnrad 1
2.5 Bestimmung der Zähnezahl 2
2.6 Bestimmung eines genormten Achsabstandes
2.7 Überprüfung des Übersetzungsverhältnisses
2.8 Ermittlung der Radialkräfte und deren Aufteilung
2.9 Auswahl der Wälzlager
2.9.1 Antriebswelle
2.9.2 Abtriebswelle
2.10 Auslegung der Passfedern
2.10.1 Antriebswelle
2.10.2 Abtriebswelle
2.11 Berechnungen für Zahnradgeometrie
2.11.1 Kopfkreisdurchmesser
2.11.2 Fußkreisdurchmesser
2.11.3 Wälzkreisdurchmesser
2.11.4 Zahnradbreiten
2.11.5 Zahnradnabenbreiten
3 Nachberechnung
3.1 Berechnungen der Antriebswelle
3.1.1 Dauerfestigkeit
3.1.2 Durchbiegung
3.1.3 Lagerneigungen
3.2 Berechnungen der Zahnräder
3.2.1 Zahnfußtragfähigkeit
3.2.2 Grübchentragfähigkeit
4 Zeichnungen/Stückliste
4.1 Zeichnung der Antriebswelle
4.2 Zeichnung der Baugruppe
4.3 Stückliste
5 Konstruktionsbeschreibung
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit dokumentiert den technischen Entwurf und die anschließende rechnerische Überprüfung einer Zahnradstufe gemäß spezifischer technischer Anforderungen.
- Dimensionierung von Wellendurchmessern und Zahnradgeometrie
- Berechnung und Auslegung von Wälzlagern und Passfedern
- Festigkeitsnachweis der Antriebswelle gegen Dauerbruch
- Überprüfung der Zahnfuß- und Grübchentragfähigkeit der Zahnräder
Auszug aus dem Buch
2.9.1 Antriebswelle
Aufgrund des konstruktiven Entwurfs wurde für den Wellendurchmesser der Antriebswelle an den Lagerstellen ein Durchmesser von 35 mm gewählt. Zur Berechnung der Lagereignung wird wie in den Studienbriefen (Hase 2006: 43, Arbeitsblatt 2.7.1) beschrieben vorgegangen. Aufgrund der Forderung einer möglichst geringen Baureihe wird zunächst mit Daten der Baureihe 60 gerechnet. Hier ergeben sich folgende für die Berechnung relevanten Werte:
• Bohrungskennzahl BKZ = 07
• Wellendurchmesser d = 35 mm
• dynamische Tragzahl C = 16,3 kN
• statische Tragzahl C0 = 10,4 kN
Auf die Wellen wirkt eine Axialkraft in Höhe von Fa=500 N. Aus den gegebenen Werten wird der Faktor Fa/C0 ermittelt.
Fa/C0 = 500 N / 10,4 kN = 0,048
Mit dem ermittelten Quotienten wird durch Interpolation der Faktor e ermittelt. Die Interpolation führt zu einem e von 0,25 (Hase 2006: 43, Arbeitsblatt 2.7.1). Dieser Faktor wird mit dem Verhältnis der wirkenden Axialkraft zur Radialkraft Fr verglichen. Da identische Lager gewählt werden sollen, wird mit der großen radialen Belastung gerechnet.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Aufgabenbeschreibung: Definition der technischen Parameter für den Entwurf der Zahnradstufe, inklusive Leistungsdaten und konstruktiver Randbedingungen.
2 Entwurfsberechnung: Detaillierte Berechnung der geometrischen und mechanischen Größen wie Momente, Durchmesser, Achsabstände und Zahnradabmessungen.
3 Nachberechnung: Verifizierung der Konstruktion durch Festigkeitsnachweise, Ermittlung der Durchbiegung, Lagerneigung sowie Zahnfuß- und Grübchentragfähigkeit.
4 Zeichnungen/Stückliste: Dokumentation der erstellten technischen Zeichnungen und der zugehörigen Stückliste der Baugruppe.
5 Konstruktionsbeschreibung: Erläuterung der methodischen Vorgehensweise und der getroffenen konstruktiven Entscheidungen während des Entwurfsprozesses.
Schlüsselwörter
Zahnradstufe, Wellendurchmesser, Wälzlager, Passfedern, Zahnradgeometrie, Dauerfestigkeit, Radialkraft, Achsabstand, Zahnfußtragfähigkeit, Grübchentragfähigkeit, Torsionsmoment, Konstruktion
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Es geht um den konstruktiven Entwurf und die rechnerische Überprüfung einer Zahnradstufe unter gegebenen Betriebsbedingungen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die Dimensionierung von Wellen und Zahnrädern, die Lagerauswahl sowie der Nachweis der Dauer- und Tragfestigkeit.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist der Entwurf einer Zahnradstufe, die alle technischen Anforderungen erfüllt und deren Eignung rechnerisch nachgewiesen wird.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es werden klassische maschinenbauliche Berechnungsmethoden basierend auf normierten Arbeitsblättern und Studienbriefen der Hochschule angewendet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Entwurfsberechnung der Komponenten, die Nachberechnung der Festigkeiten sowie die Erstellung der technischen Dokumentation.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Zahnradstufe, Dauerfestigkeit, Wälzlager und Tragfähigkeit charakterisiert.
Wie wurde die Wahl der Wälzlager begründet?
Die Lagerauswahl erfolgte basierend auf den wirkenden Kräften und der geforderten nominellen Lebensdauer von mindestens 10.000 Stunden.
Warum wurde die Zahnradbreite 33 mm gewählt?
Die Breite wurde basierend auf dem in der Aufgabenstellung geforderten Verhältnis b/d und einer anschließenden Optimierung für die Verbindung zwischen den Zahnrädern festgelegt.
- Arbeit zitieren
- Christian Geiß (Autor:in), 2012, Entwurf einer Zahnradstufe, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/267094
