konstruktionsentwurf3 schuster

Konstruktionsentwurf 3Kegelradgetriebe

Martin Schuster | KO 05 | E051692KOFreizeiteinrichtungenJosef Wiegand GmbH & Co. KGD-36169 RasdorfTelefon (06651) 980-0Telefax (06651) 980-62E-mail: [email protected]: http://www.wiegandslide.com

Rasdorf, 07.12. 2007

Großer Eignungsnach-weis nach DIN 18800

Josef Wiegand GmbH & Co. KGD-36169 RasdorfTelefon (06651) 980-0Telefax (06651) 980-62E-mail: [email protected]: http://www.wiegandslide.com

Rasdorf, 07.12. 2007


Josef Wiegand GmbH & Co. KGD-36169 RasdorfTelefon (06651) 980-0Telefax (06651) 980-62E-mail: [email protected]: http://www.wiegandslide.com

Rasdorf, 07.12. 2007


1. Allgemeines

Ziele: Minimalismus, Möglichkeit der Fertigung im eigenen Unternehmen; deshalb möglichst einfache Bearbeitung (manuelle Fräsmaschinen etc.), möglichst wenige TeileZusätzliche Anforderungen: Korrosionsfrei, Lebensdauer 18000h

Konzept: inspiriert von ABP Antriebstechnik (siehe Bilder)

Winkelgetriebe von ABP Antriebstechnik

Gehäuselose Konstruktion.Das Konzept wird dahingehend verändert, dass statt des gefrästen winkligen Grundkörpers von ABP eine Grundplatte verwendet wird, welche das einzige im Unternehmen zu fertigende Bauteil darstellt. Alle anderen Teile werden zugekauft: 2 Gehäuse-Stehlager, 2 Gehäuse-Flanschlager, abgelängte 20mm Wellen, die Zahnräder (beschichtet), Ringspann-Elemente sowie Normteile (Schrauben/Scheiben/Muttern).

2. Kegelräder

Seite 2 von 23

Die Räder (Werkstoff EN295) werden nicht geschmiert, sondern keramisch beschichtet (korrosionsfrei). Folgende Kegelräder wurden mit Autodesk Inventor erzeugt:

Berechnungsprotokoll:

Kegelräder-Generator (Version: 12.0 (Build 120254000, 254))

Bauteilnummer KOE3-ZahnraederKonstrukteur Martin Schuster

FührungTyp der Belastungsberechnung - Berechnung des Drehmoments für gegebenen Leistungsbedarf und Drehzahl

Typ der Festigkeitsberechnung - Kontrollberechnung

Methode der Festigkeitsberechnung - Nach DIN

Seite 3 von 23

Kegelräder aus Inventor, unbearbeitet

Allgemeine Parameter

Übersetzungsverhältnis i 2,0000 oE

Tangentialmodul met 4,000 mm

Schrägungswinkel β 0,0000 grdTangentialer Eingriffswinkel αt 20,0000 grdWellenwinkel Σ 90,00 grd

Normaler Eingriffswinkel am Ende αne 20,0000 grd

Überdeckungsgrad ε 1,7370 oEGrenzabweichung der Achsparallelität fx 0,0110 mmGrenzabweichung der Achsparallelität fy 0,0055 mmVirtuelles Übersetzungsverhältnis iv 4,000 cm

Virtueller Achsabstand av 232,148 mm

Teilkegelradius Re 102,859 mm

Länge der Mantellinie des Teilkegelradius Rm 92,859 mm

Zahnkopfhöhe he 8,800 mm

Zahnräder

Zahnrad 1 Zahnrad 2

Modelltyp Komponente

Komponente

Anzahl der Zähne N 23,000 oE 46 oEEinheitenkorrektur x 0,0000 oE -0,0000 oETangentiale Verschiebung xt 0,0000 oE -0,0000 oE

Flankendurchmesser am Ende de 92,000 mm 184,000 mm

Mittlerer Flankendurchmesser dm 83,056 mm 166,111 mm

Mittlerer Außendurchmesser dae 99,155 mm 187,578 mm

Außendurchmesser am kürzeren Ende dai 79,876 mm 151,105 mm

Stammdurchmesser am Ende dfe 83,413 mm 179,707 mm

Seite 4 von 23

Scheitelpunktabstand Ae 90,211 mm 42,422 mmScheitelpunktabstand am kleinen Ende Ai 72,670 mm 34,174 mmTeilkegelradius δ 26,5651 grd 63,4349 grdAußenkegelradius δa 28,7921 grd 65,6620 grdFußkegelradius δf 23,8932 grd 60,7631 grdZahnbreite b 20,000 mmZahnbreitenverhältnis br 0,1944 oEZahnkopfhöhe a* 1,0000 oE 1,0000 oESpiel c* 0,2000 oE 0,2000 oEWurzelrundung rf* 0,3000 oE 0,3000 oEZahndicke am Ende se 6,283 mm 6,283 mmSehnenstärke tc 5,548 mm 5,548 mmSehnen-Zahnkopfhöhe ac 2,990 mm 2,990 mmGrenzabweichung des Schrägungswinkels Fβ 0,0110 mm 0,0110 mmRundauslauf begrenzen Fr 0,0220 mm 0,0290 mmGrenzabweichung der Axialteilung fpt 0,0090 mm 0,0100 mmGrenzabweichung der Grundteilung fpb 0,0085 mm 0,0095 mmÄquivalente Anzahl der Zähne Ne 25,715 oE 102,859 oE

Entsprechender Flankendurchmesser dv 92,859 mm 371,437 mm

Entsprechender Außendurchmesser dva 100,081 mm

378,659 mm

Entsprechender Durchmesser des Grundkreises dvb 87,259 mm 349,036

mmEinheitenkorrektur ohne Verjüngung xz 0,2622 oE -2,0770 oEEinheitenkorrektur ohne Unterschnitt xp -0,5014 oE -5,0135 oEEinheitenkorrektur - Zulässiger Unterschnitt xd -0,6685 oE -5,1806 oE

Stutzen der Zahnkopfhöhe k 0,0000 oE 0,0000 oEEinheit für äußere Zahndicke sa 0,7227 oE 0,8081 oE

Seite 5 von 23

Belastungen

Zahnrad 1 Zahnrad 2Leistung P 2,041 kW 2,000 kW

Drehzahl n 2000,00 rpm 1000,00 rpm

Drehmoment T 9,745 N m 19,100 N mWirkungsgrad η 0,980 oETangentialkraft Ft 234,663 NNormalkraft Fn 249,723 NRadialkraft (Richtung 1) Fr1 76,393 N 38,197 N

Radialkraft (Richtung 2) Fr2 76,393 N 38,197 N

Axialkraft (Richtung 1) Fa1 38,197 N 76,393 NAxialkraft (Richtung 2) Fa2 38,197 N 76,393 NUmfangsgeschwindigkeit v 8,698 mps

Resonanzdrehzahl nE1 13929,533 rpm

Material

Zahnrad 1 Zahnrad 2EN E295 EN E295

Zerreißfestigkeit Su 490 MPa 490 MPaStreckgrenze Sy 265 MPa 265 MPa

Elastizitätsmodul E 206000 MPa 206000 MPa

Seite 6 von 23

Poissonsche Konstante μ 0,300 oE 0,300 oEDauerfestigkeit Sn 480,0 MPa 480,0 MPaOberflächenermüdungsfestigkeit Sfe 391,0 MPa 391,0 MPaDauerfestigkeit bei Biegebeanspr. σFlim 330,0 MPa 330,0 MPaDauerfestigkeit bei Kontaktbeanspr. σHlim 370,0 MPa 370,0 MPaHärte im Zahnkern JHV 210 oE 210 oEHärte in der Zahnflanke VHV 600 oE 600 oEGrundlegende Anzahl der Lastwechselzyklen beim Biegen NFlim 3000000 oE 3000000 oE

Grundlegende Anzahl der Lastwechselzyklen bei Kontakt NHlim 50000000

oE50000000

oEWöhler-Kurvenexponent für Biegen qF 6,0 oE 6,0 oEWöhler-Kurvenexponent für Kontakt qH 10,0 oE 10,0 oETyp der Behandlung Typ 2 oE 2 oEZulässige Biegespannung σAb 120,0 MPa 120,0 MPaZulässige Kontaktspannung σAc 13,0 MPa 13,0 MPa

Festigkeitsberechnung Koeffizienten für zusätzliche Belastung

Anwendungskoeffizient KA 1,200 oE

Dynamikkoeffizient KHv 1,217 oE

1,217 oE

Koeffizient für die Stirnbelastung KHβ 1,374 oE

1,246 oE

Koeffizient für die Querbelastung KHα 1,188 oE

1,188 oE

Koeffizient für einmalige Überbelastung KAS 1,000 oE

Kontaktkoeffizienten

Elastizitätskoeffizient ZE 189,812 oEZonenkoeffizient ZH 2,495 oEÜberdeckungsgradkoeffizient Zε 0,869 oEKegelradverzahnungs-Koeffizient Zk 0,850 oE

Einzeleingriffskoeffizient ZB 1,054 oE

1,000 oE

Gebrauchsdauerkoeffizient ZN 1,000 oE

1,000 oE

Seite 7 von 23

Schmiermittelkoeffizient ZL 0,937 oEKoeffizient für die Ausgangsrauheit der Zähne ZR 1,000 oE

Drehzahlkoeffizient Zv 0,992 oEZahnschrägekoeffizient Zβ 1,000 oE

Größenkoeffizient ZX 1,000 oE

1,000 oE

Biegekoeffizienten

Formkoeffizient YFA 2,627 oE

2,202 oE

Spannungskonzentrationskoeffizient YSa 1,652 oE

1,891 oE

Koeffizient für Zusatzkerbe im Zahnfuß

YSag

1,000 oE

1,000 oE

Zahnschrägekoeffizient Yβ 1,000 oEÜberdeckungsgradkoeffizient Yε 0,682 oEKegelradverzahnungs-Koeffizient Yk 1,000 oEKoeffizient für wechselnde Belastung YA 1,000

oE1,000

oE

Fertigungstechnologiekoeffizient YT 1,000 oE

1,000 oE

Gebrauchsdauerkoeffizient YN 1,000 oE

1,000 oE

Kerbempfindlichkeitskoeffizient Yδ 1,194 oE

1,219 oE

Größenkoeffizient YX 1,000 oE

1,000 oE

Rauheitskoeffizient YR 1,000 oE Ergebnisse

Sicherheitskoeffizient für Lochfraß SH 1,439 oE 1,517 oE

Sicherheitskoeffizient für Zahnbruch SF 18,944

oE20,176

oE

Statische Sicherheit bei Kontakt SHst 3,103 oE 3,271 oE

Statische Sicherheit bei Biegung SFst 39,677 oE

41,365 oE

Kontrollberechnung Positiv

Seite 8 von 23

3. Berechnungen

Seite 9 von 23

Konstruktionsentwurf 3: Kegelradgetriebe | Martin Schuster | KO 05 | E051692KO

Seite 10


Seite 11

t_ ]__t_-ll1_


Seite 12

t_ ]__t_-ll1_


Seite 13

t_ ]__t_-ll1_


Seite 14

t_ ]__t_-ll1_


Seite 15

t_ ]__t_-ll1_


Seite 16

t_ ]__t_-ll1_


Seite 17

t_ ]__t_-ll1_


Seite 18

t_ ]__t_-ll1_


Seite 19

4. LagerBei den Lagern handelt es sich um out-of-the-box-Lösungen, die einfach angeschraubt werden können.Die gewählten Modelle PASE20 und FLCTE20 (INA-FAG) sind mit einem Schmiernippel versehen und werden nach etwa 10000 Betriebsstunden einmal abgeschmiert.Spannringe sind angebracht. Typ: Pendelrollenlager.

5. ZeichnungenDie Zahnräder wurden zwar in Inventor erzeugt, jedoch dann exportiert und mit Pro/Engineer weiterbearbeitet. Die Pro/Engineer-Studentenversion wurde vom Autoren zwar eigens für diesen Konstruktionsentwurf erworben, jedoch stellte sich heraus, dass die Zeichnungen weder exportiert noch ausgedruckt werden konnten. Dies wurde zu spät bemerkt und war sehr ärgerlich.Deshalb hier die 3D-Darstellungen aus der Software (nicht dargestellt sind Schrauben, Gewinde-Sacklöcher in der Grundplatte und Ringspann-Elemente).

mit Pro/Engineer bearbeitete Zahnräder

Seite 20 von 23

Die Grundplatte misst 237x230 und besteht aus verzinktem S355. Oben eine Tasche für das Rad, darin eine Tasche für ein Flanschlager. Auf der Unterseite dieselbe Tasche für das andere Flanschlager. In der Mitte eine Bohrung, in die der Stellring des unteren Flanschlagers hineinragt.

Zuerst werden die Gehäuse-Stehlager aufgeschraubt...

Seite 21 von 23

...danach das obere Flanschlager

Das untere Flanschlager (rot dargestellt) wird vor der Montage in der Grundplatte per angebrachtem Schraub-Spannring an die kurze Welle angeschraubt.

Seite 22 von 23

Zuletzt werden die Räder angebracht.

Seite 23 von 23

konstruktionsentwurf3 schuster

Documents