In dieser Arbeit wird mit Hilfe des Programmes MathCad ein Stirnradgetriebe berechnet und konstruiert. Die Berechnungen sind sehr detailiert auf 40 Seiten erläutert.
Inhaltsverzeichnis
1 DIMENSIONIERUNG - RITZELWELLE
1.1 Drehmomente - Ritzelwelle
1.2 Überschlägiger Wellendurchmesser
2 ZAHNRADAUSLEGUNG
2.1 Übersetzungsverhältnis
2.2 Modulbestimmung - rechnerisch
2.3 Modulbestimmung - konstruktiv
2.4 Geometrie der Zahnräder
2.5 Belastungseinflussfaktoren
2.6 Zahnflußtragfähigkeit
2.6.1 Ritzel
2.6.2 Großrad
2.7 Grübchentragfähigkeit
3 FESTIGKEITSNACHWEIS – RITZELWELLE (Q I–I)
3.1 Statischer Festigkeitsnachweis
3.2 Dynamischer Festigkeitsnachweis
3.3 Auslastungsgrad
3.4 Passfederberechnung
4 LAGERBERECHNUNG - RITZELWELLE
4.1 Konstruktiv vorgewähltes Lager
4.2 Lagerkräfte - Ritzelwelle
4.3 Manuelle dreidimensionale grafische Darstellung der Lagerkräfte und Biegemomente der Ritzelwelle auf isometrischem Papier
4.4 Statischer Nachweis
4.5 Dynamischer Nachweis
5 DIMENSIONIERUNG - GROßRADWELLE
5.1 Drehmomente – Großradwelle
5.2 Überschlägiger Wellendurchmesser
6 FESTIGKEITSNACHWEIS – GROßRADWELLE (Q II-II)
6.1 Statischer Festigkeitsnachweis
6.2 Dynamischer Festigkeitsnachweis
6.3 Auslastungsgrad
6.4 Passfederberechnung
7 LAGERBERECHNUNG – GROßRADWELLE
7.1 Konstruktiv vorgewähltes Lager
7.2 Lagerkräfte - Großradwelle
7.3 Manuelle dreidimensionale grafische Darstellung der Lagerkräfte und Biegemomente der Großradwelle auf isometrischem Papier
7.4 Statischer Nachweis
7.5 Dynamischer Nachweis
8 FESTIGKEITSNACHWEIS GROßRADWELLE (Q III-III)
8.1 Passfederberechnung
8.2 Statischer Festikeitsnachweis
8.2.1 Biegung
8.2.2 Torsion
8.2.3 Gesamtsicherheit
8.3 Dynamischer Festigkeitsnachweis
8.3.1 Biegung
8.3.2 Torsion
8.3.3 Gesamtsicherheit
8.4 Auslastungsgrad
9 GETRIEBEÖLVISKOSITÄT
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, eine detaillierte technische Berechnung und Entwicklung eines Stirnradgetriebes durchzuführen, um die mechanische Belastbarkeit und funktionale Auslegung der Komponenten zu verifizieren.
- Dimensionierung der Ritzel- und Großradwellen unter Berücksichtigung auftretender Drehmomente.
- Detaillierte Zahnauslegung inklusive Modulbestimmung, Geometrieberechnung und Tragfähigkeitsnachweisen.
- Durchführung statischer und dynamischer Festigkeitsnachweise für alle Hauptkomponenten.
- Berechnung der Lagerkräfte sowie Auslegung der Lagerstellen zur Sicherstellung der Betriebsfestigkeit.
- Bestimmung der erforderlichen Getriebeölviskosität für den optimalen Betrieb.
Auszug aus dem Buch
2.4 Geometrie der Zahnräder (RM Kap. 21.2)
Stirnmodul: mn = 2.5 mm β = 16 °
mt := mn / cos(β) = 2.601 mm (RM 21.34)
Achsabstand: z1 = 21 z2 = 40 mn = 2.5 mm
ad := (mn * (z1 + z2)) / (2 * cos(β)) = 79.323 mm (RM 21.42)
gewählt: a := 80 mm (TB1-16, Normreihe R40, DIN 323)
Zusammenfassung der Kapitel
1 DIMENSIONIERUNG - RITZELWELLE: Bestimmung der einwirkenden Drehmomente und Festlegung eines ersten überschlägigen Wellendurchmessers für die Ritzelwelle.
2 ZAHNRADAUSLEGUNG: Umfassende Auslegung der Zahnräder, umfassend das Übersetzungsverhältnis, die Modulbestimmung sowie Geometrie- und Tragfähigkeitsberechnungen.
3 FESTIGKEITSNACHWEIS – RITZELWELLE (Q I–I): Überprüfung der statischen und dynamischen Festigkeit der Ritzelwelle sowie Berechnung der passenden Passfeder.
4 LAGERBERECHNUNG - RITZELWELLE: Konstruktive Auswahl der Lager, Ermittlung der einwirkenden Lagerkräfte und Durchführung der statischen sowie dynamischen Nachweise.
5 DIMENSIONIERUNG - GROßRADWELLE: Analog zur Ritzelwelle erfolgt hier die Berechnung der Drehmomente und die Bestimmung des Durchmessers für die Großradwelle.
6 FESTIGKEITSNACHWEIS – GROßRADWELLE (Q II-II): Untersuchung der statischen und dynamischen Belastbarkeit der Großradwelle inklusive Passfederberechnung.
7 LAGERBERECHNUNG – GROßRADWELLE: Ermittlung der Lagerkräfte und Validierung der gewählten Lagerstellen für die Großradwelle mittels statischer und dynamischer Berechnungen.
8 FESTIGKEITSNACHWEIS GROßRADWELLE (Q III-III): Vertiefte Analyse der Festigkeitseigenschaften der Großradwelle durch Biegungs- und Torsionsnachweise unter dynamischen Bedingungen.
9 GETRIEBEÖLVISKOSITÄT: Bestimmung der geeigneten Ölviskosität basierend auf den berechneten Kraft-Geschwindigkeits-Faktoren.
Schlüsselwörter
Stirnradgetriebe, Ritzelwelle, Großradwelle, Zahnauslegung, Modulbestimmung, Festigkeitsnachweis, Lagerberechnung, Passfederberechnung, Dynamische Belastung, Betriebsfestigkeit, Torsion, Biegung, Getriebeölviskosität, Maschinenbau, Wellendimensionierung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen Auslegung und der rechnerischen Verifizierung eines Stirnradgetriebes im Maschinenbau.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Kernpunkte liegen in der Dimensionierung der Wellen, der geometrischen Auslegung der Verzahnung sowie den detaillierten Festigkeits- und Lagernachweisen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, die konstruktive Sicherheit des Getriebes durch den Nachweis der statischen und dynamischen Festigkeit gegen Versagen zu belegen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es kommen standardisierte ingenieurwissenschaftliche Berechnungsmethoden (angelehnt an RM-Richtlinien) zum Einsatz, die unter anderem mit Mathcad umgesetzt wurden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die schrittweise Dimensionierung und den Sicherheitsnachweis für die Ritzelwelle und die Großradwelle inklusive deren Lagerungen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen gehören Stirnradgetriebe, Festigkeitsnachweis, Lagerberechnung, Modulbestimmung und Betriebsfestigkeit.
Wie wurde die Wahl des Getriebeöls begründet?
Die Viskosität wurde basierend auf den berechneten Kraft-Geschwindigkeits-Faktoren und unter Anwendung der Norm DIN 51512 gewählt.
Welche Bedeutung hat der Auslastungsgrad in den Kapiteln?
Der Auslastungsgrad gibt an, in welchem Maße die vorhandenen Spannungen die zulässigen Grenzwerte ausnutzen, um die Sicherheitsreserven des Getriebes aufzuzeigen.
Warum wird zwischen statischem und dynamischem Festigkeitsnachweis unterschieden?
Die Unterscheidung ist notwendig, um sowohl kurzzeitige Belastungsspitzen (statisch) als auch die schwingende Dauerbelastung (dynamisch) sicher abzubilden.
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- Bachelor Jan-Niklas Brüggemann (Author), 2018, Stirnradgetriebe. Berechnung und Entwicklung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/446671
