Die vorliegende Hausarbeit zeigt, wie man eine Getriebestufe konstruiert. Hierfür werden Berechnungen durchgeführt, die auch die Getriebestufe betreffen. Schließlich folgen eine Fertigungszeichnung der Antriebswelle sowie die Konstruktionsbeschreibung. Darüber hinaus enthält diese Arbeit Schnittzeichnungen von einer Getriebestufe mitsamt Stückliste sowie von einer Ritzelwelle.
Um die Bauweise möglichst klein zu halten, wird der annähernd kleinstmögliche Wellendurchmesser für die Berechnung des Fußkreisdurchmessers df1 gewählt. Anschließend werden die weiteren Ritzel- und Zahnrad-Maße bestimmt. Um eine möglichst geringe Spanabnahme zu gewährleisten und Absätze und Kanten zu vermeiden, wird das Ritzel so konstruiert, dass die Zahnradgeometrie in die Vollwelle eingefräst wird. Dabei ist zu erwähnen, dass die Mindestbreite b1 eingehalten wird. Die Flanken der Zahnradgeometrie an der Ritzelwelle werden durch den Fräser bestimmt und sind hier nicht weiter angegeben. Es wird ständig darauf geachtet, dass eine kleinstmögliche Bauweise realisiert wird. Da hierbei das Ziel verfolgt wird, aufgrund von vereinfachten baulichen Maßnahmen am Gehäuse sowohl an der Antriebs- als auch an der Abtriebswelle den identischen Lagerabstand zu verwenden, wird dementsprechend der größere der beiden Lagerabstände gewählt und mit diesem weitergerechnet.
Da die Kräfte am Zahnrad nicht die Kräfte an den Lagern sind, werden über das dreidimensionale Ersatzmodell die in Abhängigkeit zum Lagerabstand stehenden Auflagerkräfte an den Lagern berechnet. Daraus resultiert eine deutlich geringere Belastung der Loslager zu den Festlagern. Durch die anschließende Lebensdauer-Berechnung werden dementsprechend die Lagergrößen so angepasst, dass die Lebensdauer von 10.000 Stunden nicht unterschritten wird. Da diese Berechnung anschließend auf Vergrößerungen der Lagergrößen führt, wird geprüft, ob diese Veränderungen auch Auswirkungen auf den Lagerabstand haben. Da wir über den Sicherheitsabstand variieren können, wird dieser dementsprechend angepasst, um keine Veränderung des Lagerabstandes herbeizuführen.
Inhaltsverzeichnis
1. Entwurfsberechnung der Wellen, Zahnräder, Passfedern und Wälzlager
1.1. Wellendurchmesser
1.2. Zahnradgeometrie
1.2.1. Zunächst überschlägige Ermittlung des Normalmoduls mn
1.2.2. Zähnezahlen der beiden schrägverzahnten Zahnräder
1.2.3. Geometrie der Verzahnung
1.3. Passfedern
1.4. Wälzlager
1.4.1. Berechnung der Kräfte am Zahnrad
1.4.2. Ersatzmodell – Auflagerkräfte der Wälzlager beider Wellen
1.4.3. Auswahl der Wälzlager
2. Nachrechnung der Getriebestufe
2.1. Schnittreaktionen
2.2. Gefährdete Querschnitte
2.3. Passfedern
2.4. Wälzlager
3. Zeichnung der Getriebestufe (ohne Gehäuse)
4. Stückliste
5. Fertigungszeichnung der Antriebswelle
6. Konstruktionsbeschreibung
7. Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
8. Literaturverzeichnis
9. Anlagen
9.1. Tabelle: Geometrische Größen von Zahnradgetrieben mit Schrägverzahnung
9.2. Zeichnung: Zeichnung der Getriebestufe / Stückliste
9.3. Zeichnung: Ritzelwelle
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Hausarbeit befasst sich mit dem Entwurf und der Nachrechnung einer Getriebestufe im Rahmen des Moduls Konstruktion. Ziel ist die dimensionierungsgerechte Auslegung von Wellen, Zahnrädern, Passfedern und Wälzlagern unter Berücksichtigung der Betriebsfaktoren und geltender Normen, um eine funktionsfähige und belastbare Konstruktion zu gewährleisten.
- Berechnung und Dimensionierung von Wellendurchmessern und Zahnradgeometrien.
- Durchführung von Festigkeitsnachweisen für Passfederverbindungen.
- Berechnung der Lagerkräfte mittels eines dreidimensionalen Ersatzmodells.
- Nachweis der nominellen Lebensdauer für die gewählten Wälzlager.
- Erstellung der konstruktiven Unterlagen inklusive Stücklisten und Fertigungszeichnungen.
Auszug aus dem Buch
1.2.3. Geometrie der Verzahnung
Zur Aufteilung der Profilverschiebungssumme kann zunächst aus Abb. 2.13 im SB 6 abgelesen werden, dass für die Verzahnung mit x1 + x2 = 0,56, sowie z1 + z2 = 78, eine gut ausgeglichene Verzahnung vorliegt.
Aus SB6, Abb. 2.14 findet man für: z1+z2/2 = 39 und (x1+x2)/2 = 0,28 eine Linie beinahe auf L12. Entsprechend dem Verlauf dieser Linie sind folgende Werte abzulesen:
für z1 = 19 => x1 ≈ 0,34
für z2 = 59 => x2 ≈ 0,22 (oder aus --> x1 + x2 = 0,56)
Folgende Werte der Zahnradgeometrie sind bereits bekannt: Stirneingriffswinkel αt = 20,2292°, Betriebseingriffswinkel αwt = 22,205°.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Entwurfsberechnung der Wellen, Zahnräder, Passfedern und Wälzlager: In diesem Kapitel erfolgt die grundlegende Auslegung der Bauteile, inklusive der Bestimmung der Wellendurchmesser, der Geometrie der schrägverzahnten Zahnräder sowie der ersten Auswahl der Lager.
2. Nachrechnung der Getriebestufe: Hier wird die getroffene Konstruktion verifiziert, indem Schnittreaktionen berechnet, die gefährdeten Querschnitte analysiert und die Eignung der Passfedern sowie die Lebensdauer der Wälzlager erneut nachgewiesen werden.
3. Zeichnung der Getriebestufe (ohne Gehäuse): Verweist auf die detaillierte Baugruppenzeichnung der konstruierten Getriebestufe in den Anlagen.
4. Stückliste: Listet alle benötigten Bauteile für die Baugruppe auf und ist Bestandteil der Zeichnungsunterlagen.
5. Fertigungszeichnung der Antriebswelle: Dokumentiert die spezifische Ausführung der Ritzelwelle für die Fertigung.
6. Konstruktionsbeschreibung: Reflektiert den methodischen Ansatz und die getroffenen Annahmen während des gesamten Konstruktions- und Berechnungsprozesses.
7. Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen: Listet alle im Dokument verwendeten Fachbegriffe und Kurzzeichen systematisch auf.
8. Literaturverzeichnis: Führt die zur Bearbeitung herangezogenen Studienbriefe und Fachliteratur auf.
9. Anlagen: Enthält die tabellarische Übersicht der geometrischen Größen sowie die technischen Zeichnungen der Getriebestufe und der Ritzelwelle.
Schlüsselwörter
Getriebeentwurf, Wellenberechnung, Zahnradgeometrie, Schrägverzahnung, Passfeder, Wälzlager, Festigkeitsnachweis, Profilverschiebung, Lagerlebensdauer, Maschinenelemente, Konstruktion, Schnittreaktionen, Antriebswelle, Abtriebswelle, Betriebsfaktor.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Arbeit dokumentiert den ingenieurtechnischen Entwurf und die anschließende rechnerische Nachprüfung einer Getriebestufe für das Modul Konstruktion.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die Dimensionierung von Wellen und Zahnrädern, die Auslegung von Passfederverbindungen sowie die Lagerberechnung unter Berücksichtigung dynamischer Belastungen.
Welches ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Erstellung einer technisch fundierten und normgerechten Getriebekonstruktion, die den Anforderungen an eine hohe Lebensdauer und kompakte Bauweise entspricht.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es kommen Standardverfahren der Maschinenelemente-Lehre zur Anwendung, darunter Festigkeitsberechnungen nach DIN-Normen, dreidimensionale Ersatzmodelle für Auflagerkräfte und lineare Interpolationen für Wälzlagereigenschaften.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die detaillierten Entwurfsberechnungen, die Validierung durch Nachrechnung der Schnittreaktionen und die Überprüfung der Lebensdauer der gewählten Komponenten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Getriebeentwurf, Schrägverzahnung, Passfeder, Wälzlagerlebensdauer und Festigkeitsnachweis.
Warum ist die Profilverschiebung für die Zahnräder notwendig?
Die Profilverschiebung wird durchgeführt, um bei dem vorgeschriebenen genormten Achsabstand von 100 mm die geforderte Verzahnungsqualität und die Einhaltung der zulässigen Betriebsparameter zu erreichen.
Wie wurde die Wahl der Wälzlager final getroffen?
Die Wahl basierte auf einer Lebensdauerberechnung; die Lager wurden so angepasst, dass eine nominelle Lebensdauer von über 10.000 Stunden erreicht wird.
Welchen Einfluss hat die Anforderung der "kleinstmöglichen Bauweise"?
Die Anforderung führte dazu, dass die Zahnradgeometrie direkt in die Ritzelwelle eingefräst wurde und bei der Lagerung gezielt auf standardisierte, bewährte Lagertypen zurückgegriffen wurde, um Bauraum zu optimieren.
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- Peter Schreiner (Autor), 2017, Entwurf einer Getriebestufe, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/452058
