Diese Arbeit beschreibt die Konstruktion einer Getriebestufe. Zunächst müssen die Wellendurchmesser anhand der Nenndrehmomente basierend auf den Angaben der Aufgabenstellung ausgewählt werden. Mit jeder neuen Entwurfsskizze wurden weitere Überlegungen zur Gestaltung der Getriebestufe angestellt. Mithilfe dieser Vorüberlegungen kam der Autor auf den Schluss, für alle relevanten Bauteile extra Wellenabsätze zu konstruieren. Es sollten Wellenabsätze für An – und Abtrieb, Wellendichtring, Wälzlager und Zahnradaufnahme vorhanden sein. Anschließend folgte die Ermittlung des Moduls der Zahnräder und in den folgenden Kapiteln darauf alle weiteren wichtigen Informationen wie zum Beispiel Zähnezahlen, Achsabstand und die Geometrie der Verzahnung. Am Ende stand dabei nur eine Kombination der Zähnezahlen zur Auswahl, welche in Bezug auf die Profilverschiebung und Abweichung vom Soll-Übersetzungsverhältnis den besten Kompromiss bot. Des Weiteren erfolgte die Entwurfsberechnung der Passfedern für An- und Abtriebswelle sowie die Zahnradaufnahme der Wellen.
Als Wälzlager sollten laut Aufgabenstellung für die Antriebswelle Zylinderrollenlager und für die Abtriebswelle Rillenkugellager verwendet werden. Hier musste die Entscheidung der Verteilung der Los – und Festlager auf den Wellen entschieden werden, um sowohl die Radial- als auch die durch die Kupplungen auftretenden Axialkräfte an An- und Abtriebszapfen aufnehmen zu können. Die Größenauswahl erfolgte nach den Durchmessern der jeweiligen Wellenabschnitte. Außerdem wurde die geforderte erweiterte Lebensdauer bei weitem übertroffen. Im Nachweis sollte die Getriebestufe auf Auflagerkräfte und Schnittreaktionen untersucht werden, um so relevante Querschnitte an den Wellen zu finden welche beseitigt werden müssen, um so einen Dauerbruch zu verhindern. Anschließend wurde der Dauerfestigkeitsnachweis nach DIN 743 vollzogen und festgestellt. Vor dem Anfertigen der Konstruktionszeichnung wurden letzte konstruktive Details festgelegt, wie zum Beispiel das Anbringen von Fasen an den Wellenabsätzen zur Erleichterung des Fügens und zum Schutz der Bauteile. Außerdem sorgen Freistiche an den entsprechenden Wellenabschnitten dafür, dass die zu montierenden Bauteile bündig anliegen können.
Inhaltsverzeichnis
1 Entwurfsberechnungen
1.1 Wellendurchmesser
1.2 Zahnradgeometrie
1.2.1 Ermittlung des Normalmoduls
1.2.2 Ermittlung der Zähnezahlen
1.2.3 Ermittlung der Geometrie der Verzahnung
1.3 Passfedern
1.4 Wälzlager
1.4.1 Berechnung der Kräfte am Zahnrad
1.4.2 Berechnung der Auflagekräfte der Wälzlager
1.4.3 Auswahl der Wälzlager
1.5 Entwurfsskizze
2 Nachweis
2.1 Schnittreaktionen
2.2 Relevante Querschnitte
2.3 Beanspruchung in den relevanten Querschnitten
2.4 Passfedern
2.5 Wälzlager
3 Zeichnung der Getriebestufe
4 Stückliste
5 Konstruktionsbeschreibung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Hausarbeit befasst sich mit dem technischen Entwurf und der rechnerischen Auslegung einer Getriebestufe im Rahmen des Studiengangs Wirtschaftsingenieurwesen. Ziel ist es, unter Einhaltung vorgegebener Parameter wie Nenndrehmoment und Lebensdaueranforderungen eine funktionsfähige Getriebekonstruktion zu entwickeln, die sowohl hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit als auch ihrer betriebstechnischen Zuverlässigkeit allen Anforderungen entspricht.
- Dimensionierung von Wellendurchmessern basierend auf Nenndrehmomenten.
- Auslegung der Zahnradgeometrie und Bestimmung der optimalen Zähnezahlkombination.
- Nachweis der Dauerfestigkeit und Ermittlung kritischer Querschnitte.
- Wälzlager-Auswahl und Nachrechnung der nominellen sowie erweiterten Lebensdauer.
- Konstruktive Ausarbeitung von Passfedern und detaillierte Montagebeschreibung.
Auszug aus dem Buch
1.2.1 Ermittlung des Normalmoduls
Zur Ermittlung des Moduls der Zahnräder wird die Formel (4.2) aus SB 6 herangezogen:
mn ≈ 3. Wurzel aus (10^4 * KA * Mtnenn1 * cos^2 * beta) / (z1^2 * (b/d1) * sigmaFilm) (4.2)
mit Mt1 in Nm, sigmaFilm in N/mm^2 und mn sowie b in mm.
Für die Berechnung werden folgende Werte eingesetzt:
KA = 1,5
Mtnenn1 = Mt1 / 1,5 Mtnenn1 = 106,1Nm
beta = 0° Berechnung zunächst für Geradeverzahnung
z1 = 18 gemäß Empfehlung SB 6
b / d1 = 0,6 gemäß Empfehlung SB 6
sigmaFilm = 310 N/mm^2 nach Tabelle 2.8.2 SB 9 / ungünstigster Wert gewählt
Mit diesen Werten ergibt sich folgendes Modul:
mn ≈ 3. Wurzel aus (10^4 * 1,5 * 106,1Nmm * cos^2 * 0° * mm^2) / (18^2 * 0,6 * 310N) ≈ 2,98mm
Gewählt wird ein genormtes Normalmodul von mn = 3mm (SB9, Arbeitsblatt 2.8.7) aus der Reihe R1.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Entwurfsberechnungen: Dieses Kapitel widmet sich der systematischen Auslegung der Getriebekomponenten, einschließlich Wellen, Zahnrädern, Passfedern und Wälzlagern unter Berücksichtigung definierter Randbedingungen.
2 Nachweis: Hier wird die mechanische Integrität des Entwurfs durch detaillierte Schnittgrößenanalysen und Sicherheitsnachweise gegen Dauerbruch für die kritischen Bauteile verifiziert.
3 Zeichnung der Getriebestufe: In diesem Abschnitt wird auf die ergänzende technische Zeichnung verwiesen, die den konstruktiven Entwurf visuell festhält.
4 Stückliste: Dieses Kapitel enthält eine tabellarische Auflistung aller verwendeten Bauteile mit ihren entsprechenden Normbezeichnungen und Werkstoffkennwerten.
5 Konstruktionsbeschreibung: Abschließend wird der Entwurfsprozess reflektiert und die getroffenen konstruktiven Entscheidungen, insbesondere bezüglich der Lagerwahl und der geometrischen Absätze, begründet.
Schlüsselwörter
Getriebestufe, Wellendurchmesser, Zahnradgeometrie, Normalmodul, Passfedern, Wälzlager, Dauerfestigkeit, Schnittreaktionen, Konstruktionsbeschreibung, Nenndrehmoment, Lebensdauer, Sicherheitsfaktor, Antriebswelle, Abtriebswelle, Maschinenelemente.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit dokumentiert den ingenieurwissenschaftlichen Prozess des Entwurfs und der Nachrechnung einer Getriebestufe für den Bereich des Wirtschaftsingenieurwesens.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Schwerpunkte liegen auf der mechanischen Auslegung von Wellen-Nabe-Verbindungen, der Geometrieberechnung von Zahnrädern sowie der Lebensdaueranalyse von Wälzlagern.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist die Entwicklung einer technisch validen und sicheren Getriebekonstruktion, die den vorgegebenen Lastanforderungen bei gleichzeitiger Einhaltung industrieller Normen entspricht.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es werden klassische methodische Ansätze der Maschinenelemente-Auslegung genutzt, basierend auf den einschlägigen Arbeitsblättern und Normberechnungen für Festigkeitsnachweise (u.a. DIN 743, DIN 6892).
Was wird im Hauptteil detailliert behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die initiale Entwurfsberechnung der Komponenten, den detaillierten Festigkeitsnachweis gegen Dauerbruch sowie die finale Verifizierung der Betriebssicherheit.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Getriebestufe, Dauerfestigkeit, Wälzlager-Auslegung, Passfedern und die spezifische Zahnradgeometrie.
Warum wurde das Zylinderrollenlager N207 gewählt?
Aufgrund einer Unterschreitung der Mindestbelastung bei der ursprünglichen Lagerwahl wurde das N207 als Alternative gewählt, da es die mechanischen Anforderungen besser erfüllt und gleichzeitig die strukturelle Anordnung beibehält.
Wie wurde die Viskosität des Schmieröls berücksichtigt?
Die Viskosität floss in die Berechnung des Schmierungszustandes ein, um das Viskositätsverhältnis Kappa zu bestimmen und daraus die erweiterte Lebensdauer der Lager präzise abzuleiten.
- Arbeit zitieren
- Franz Xaver (Autor:in), 2018, Konstruktion einer Getriebestufe, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/518526
