6 Hinweise zur Getriebevorauslegung

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1 6 Hinweise zur Getriebevoruslegung 6.1 Vorbemerkungen lm Folgenden wird ein Vorgehen zur Gewinnung recht genuer Anhltswerte und Eckdten für einen ersten Rohentwurf eines Stndrdgetriebes demonstriert. Dzu existieren Kriterien, die sich in der Prxis - uch in der industriellen Anwendung - bewährt hben und gewöhnlich uf Erfhrungswerten beruhen. In der Regeliefern solche Überschlgskriterien Schrnken bzw. Grenzen (unter Umständen uch physiklische Grenzen), innerhlb derer die gesuchten geometrischen Angben zu suchen sind. Oft gibt es dnn weitere Kriterien, mit denen ds Lösungsgebiet weiter eingeschränkt werden knn. Gelegentlich liefern ber Überschlgskriterien uch Ergebnisse, die keine gemeinsme Schnittmenge ufiueisen. Gegebenenflls müssen dnn die Hintergründe für die Überschlgskriterien mit,,lngenieurverstnd" hinterfrgt und durch ndere geeignete und sinnvolle Annhmeneue Strtvorussetzungen zur Voruslegung definiert werden. Grundsätzlich knn nur empfohlen werden, lle hier vorgestellten Kriterien, überschlägige Annhmen und Voruslegungsschritte für die bzuschätzenden Größen zu übernehmen, um us der Lösungsvielflt entweder sinnvolle Lösungen zu finden oder die betreffende Größe nch der sicheren Seite hin bzuschätzen und für die weitere Voruslegung zu übernehmen. \Mssenswert ist, dss die im Zuge der Voruslegung gefundenen Geometrie- und Vezhnungsdten keinesflls ls verbindlich und endgültig zu betrchten sind. Es hndelt sich lediglich um Strt- oder Ausgngswerte, mit denen beim Getriebeentwurf unter Bechtung einer einigermßen pssblen Dimensionierung der erste Schritt in die richtige Richtungemcht werden knn. Diesem Schrltt schließt sich im Normlfll ein weiterer Entwicklungsschritt n, der - bsierend uf Festigkeitsnchweisen und nderen Kriterien -zur Auswhl endgültigerauslegungsdten führt. Die im Folgenden vorgestellte Vorgehensweise erhebt keinen Anspruch uf Vollständigkeit. Sie f iefert z. B. keine Kriterien für die Voruslegung nch geringstem Gewicht, nch geringsten Kosten, nch Geräuschrmut, nch geringster Wrtung, nch längster Lebensduer, nch geringster Verlustenergie, nch geringster Benspruchung usw., sondern ist lediglich ein erster Schritt, um ein typisches Stndrdindustriegetrieb e zu entwickeln. SeiteT4 MMll 2005 Übungsskript

2 6.2 Checkliste für ds Erstellen eineranforderungsliste für Industriegetriebe Sortiert nch Überbegriffen sind in der folgenden Checkliste Kriterien ufgeführt, die bei der Konstruktion von Industriegetrieben zu bechten sind. Anhnd der Checkliste lssen sich im Vorfeld einer Konstruktion Anforderungen ermitteln, die in der Anforderungsliste zusmmengestellt werden Huptfunktionen (erforderlich für dieentwurfsrechnung) Kriterium An- / Abtriebsdrehzhlen Drehzhlbereiche, -grenzen ÜOersetzung: konstnt / vribel, gteiihformig / ungleichförmig Übersetzung: Tolernzen, Abweichungen, Genuigkeit Schltstufe(n) Drehrichtung konstnt / wechselnd Art der Arbeitsmschine ngeschlossenes Aggregt / Element Kundenvorschriften zu den Huptfunktionen Getriebert: Stirnräder, Kegelräder usw. Einburt: Stnd-, Aufsteck-, Flnschgetriebe usw. Montgert, Wrtu ngszyklen, Lebensduer Umgebungsbedingungen m Einstzort, Geometrische Rndbedingungen,, Lge der Arbeitsmschine (Aggregt n der Abtriebsseite) zur Lge der Äntriebsmschine Lge der Antriebswelle iur Abtriebswelle des Getriebes, veränderliche Lge, geometrische Grenzen, Anschlussmße, Burum Getriebert Achsbstnde Leistungsprofil Duerbetriebsmoment Nennmoment der Arbeits-/Abtriebsmsch ine uftretende Mximlmomente und deren Häufigkeit Anfhrmoment Lstzyklen Schlthäufigkeit l Auswirkung uf zul. Spnnung Benspruchungsrt zul. Spnnung Benspruchungsrt Anwendungsfktor K Anwendungsfktor Kn Fertigung Sonstiges: Anwendungsfktor, Mehrmotorenntrieb, Leistungsvezweigung, Schwungräder, Kühlung/Heizung Schwu ngm ssen, An-/Abtrieb fest ode r lin ks/rechts w h lweise Schmierung Vezhnung (Gerd-, Schräg-, Doppelschrägvezh n ung) Getriebeburt Anwendungsfktor K6 Schmierung/Ktlhlung Brems-/Kupptungsäuswhl und -uslegung Motoruslegung Überlstsicherungen MMll 2005 Übungsskript Seite 75

3 6.2.2 Sonstige Funktionen (erforderlich für Entwurf, Nchrechnung und Gestltung) Betriebsdten Kriterium Anzhl der Anfhrten der Mschine Folgen ei nes Schdensusflles Gefäh rd ung von Menschenleben, Produktionsusfll fipp-l Anfhr-, Abschltmoment der Antriebsmschine Höhe, Anzhl und Duer der Stöße im Betrieb Spitzenmoment Ktstrophenmoment Lufzeit pro Zeiteinheit (2. B. Tg, Stunde, Schicht) prozentule Einschltduer Überlstsicherung, Abschltmoment Umkehr der Lufrichtung (Reversierbetrieb) Lstkollektiv vorhnden? Auswirkung uf Anwendungsfktor Kn zul. Spnnung Auslegungskriterien Lstnnhmen Anwendungsfktor K4 Anwendungsfktor Kx Anwendungsfktor Kn zul. Spnnung Auglegungskritgrien Lstnnhmen Anwendungsfktor Kn Fertigungsdten Kriterium Einschränkungen ftlr Werkstoftwhl (Berbeitbrkeit, Liefezeit, Sttlckzhlen, Kosten) Mß- und Gewichtsbeschränkungen (2.8. durch FertigungsmschinenMerkzeugmschinen; Fertigung Ofenbmessungen bei Oberflächenvergütungsmßnhmen, Härtereieinrichtungen) Verfügbre Werkzeuge Kräfte m Getriebe Auswirkung uf Fertigung Kriterium Axilkräfte uf An- und Abtriebswelle Kräfte uf ds Gehäuse Rdilkräfte uf An- und Abtriebswelle (2. B. Kettenrd, Riemenscheibe) Rücklufsperre Auswirkung uf Lger, Lgerung Vezhnung (Gerd-, Schräg-, Doppelsch rägverzhn u ng) Lger, Lgerung Lger, Lgerung Schmierung/Dichtung SeiteT6 MMll 2005 Übungsskript

4 Schmierung Kriterium Heizung (Wärmezufuhr) K{ihlung (Stlß-, Slz-, Brckwsser oder Lufi; Tempertur) zentrle Ktihlnlge oder Einzelkühlung Wärmebfuhr Schmiermittelfreiwählbr oder nch Vorschrift(en) (ntive Öle, synthetische Öle) Versorgung durch zentrle und/oder externe Schmiernlge (Schmierstoff, Viskosität, Druck) oder Einzelgetriebeschmierung (Tuchschmierung/Druckumlufschmierung, Vollschmieru ngffeilschm ierung, Hftschm ierstoffe/schmierfette/schmieröle) I nspektionsintervlle Nchfüllen und Wechseln von Öl Ku n d e nfo rde ru n g e n (V o rsc h rifte n, Ab n h m e b e d i n g u n g e n) Kriterium Art der Kupplungen n An- und Abtrieb Berechnungsvorschrift (2. B. Klssifiktionsgesellschften, Werksvorschriften, EU- Msch inen richtlin ien) Form der Wellennschltlsse Wellenzpfen n An- und Abtrieb (Flnsch, Lochkreis, Pssfeder, Querpressverbnd) Emissionen Geräusch (Messvorschriften, Messgröße, Betriebszustnd, Einbuort, Rumeinfltrsse) Wirkungsgrd Grntie (Art des Probelufs) Gestltung gegossenes, geschweißtes Gehäuse gegossene, geschm iedete, geschrumpfie, geschweißte Zh nkränze Wellen-Nben-Verbind u ng U nfllverh trtu ngsvo rsch riften Werkstoffe Wärmebehndlung Berbeitungsverfh ren Art der Lger Lgersitze Sonstige Vorschriften für Gehäuse, Wellen, Zubehör (Gewinde, Trnsport, Wrtung, Abd ichtung, Sch u lochdeckel, externe Ansch lüsse für Kü h lwsser/kü h löl) Trnsportbedingungen (Gewicht, Eisenbhnprofil, Continerbmessungen, Ort der Montge) Auswirkung uf Auswirkung uf: Lger, Lgerung Vezhnung (Gerd-, Schräg-, Doppelschrägvezhnung) zul. Spnnung Vezhnung (Gerd-, Schräg-, Doppelschrägvezh nung) Fertigung Prüfstndsbedin gungen zul. Spnnung Fertigung Lger Kühlung/Heizung Lger, Abstützung, Montge MMll 2005 Übungsskript Seite 77

5 U m g e b u n g, A ufste I l -/E i n s tz -/M o ntg eo rt Aufstellort (Hlle, gedeckt, im Freien) Oberflächenschutz Beschränkungen für Montge, Einbu, Rum, Gewicht, Trnsport, Schmutz, Stub, Abdichtung Fremdkörper, SpiitTvrrssei;$sserdämpf, Wittöiungsei1fl,.!f,qse,.Temp91qfunruechS'el Fundment (2. B. Sthlgerüst, Beton) Lgeru;t (stri, schwingungsisoliert, körperschlrentxopiäit;' Getrennte oder gemeinsme Lgerung ller Antriebs- und Abtriebskompon"it"n Tempertur (mäx]quminimäl) TempäräturOqäuient :'., Sonneneinstrhlun$',. :, Auswirkung uf: Abdichtung Schmierung Ktihlung/Heizung Fertigung Gehusekonstruktion Aufstellelemente Fundmentierung Kühlung/Höizung Schmierung Sonsfiges KfitefiUil :,.,.,:. '''. Anstrich (in nen/u ßen),,,,.tt, Trnsport (Konservieru ng fti r Tr nsport; Trnsport- u nd M ont geh ilfen) Reserveteile vorsehen Anbuten m Göhäuse vorsehen Drehschwingungsröch nuhg gefordärt Messstellen für Sensoren (Drehmoment, Drehzhl, Körperschll, Lgerdignose) Fernwrtung ' -:"--"- '" Schnittstellen Auswirkulg uf: Kühlung/Heizung Heizung/Kilhlung SeiteTS MMll 2005 Übungsskript

6 6.3 Ubersicht: Getriebetypen Die verschiedenen Getriebetypen werden hinsichtlich der Zhnrdprungen unterschieden (Bird 27): wstimrdgriebe ffi Kegekdg*riebe -ffi ril f w rw Sdrrrotodgrüküo Sdr.cbnp!16. Bild 27 : Typische Zhnrdprun gen () Stirnrdgetriebe (b) Kegelrdgetriebe (c) Stirnrdgetriebe mit doppelter Schrägverzhnung bzw. Pfeilverzhnung (d) Getriebe mit Außen- und Innenverzhnung (e) Umlufgetriebe oder Plnetengetriebe (0 Schrubrdgetriebe (g) Schneckengetriebe Getriebetypen hinsichtlich Übersetzung (vgl ). lll. t' Übersetzung ins Schnelle. li I t t, Übersetzung ins Lngsme Getriebetypen hinsichtlich Anordnung von An- und Abtriebswelle Siehe dzu Bild 28. MMll 2005 Übungsskript Seite 79

7 il b-# Bild 28: Häufig vorkommende Getriebetypen SeiteS0 MMll 2005 Übungsskript

8 O o o versetzte Wellen (seitlich versetzter An- und Abtrieb) rückkehrendes Getriebe, meist mit koxiler Anordnung der An- und Abtriebswelle (b) wechselseitige / gleichseitige Wellennordnung wechselseitig: 111 oder 212 gleichseitig: 112 oder 211 Kegel-Stirnrdgetriebe (Kom bintion us Stirnrd- und Kegelrdgetriebe) An- und Abtriebswellen reltiv zueinnder prllel oder senkrecht Getriebe mit Leistungsvevweigung Smmelgetriebe Wellenebenen wgrecht (horizontl) und/oder senkrecht (vertikl) und/oder schief Geometrische Rndbedingungen Aus der Anforderungsliste des Getriebes können die drin festgelegten geometrischen Anforderungen entnommen werden. Dzu gehören z. B. o Wellendurchmesser, -höhe und -nordnung ller Wellen (insbesondere ber der An- und Abtriebswellen) mximle und minimle Länge, Breite und Höhe des Getriebes Anschlussmße, usw. 6.4 Empfehlungen für Voruslegung und Vordimensionierung Allgemeine Begriffe und Bestimmungsgrößen nch DIN 868. Es rbeiten immer ein treibendes Zhnrd und ein getriebenes Zhnrd zusmmen. Sie bilden ein Rdpr. Je nch Anordnung der Achsen zueinnder ergeben sich folgende Rdgrundformen: o Stirnräder (Zylinderräder) bei prlleliegenden Rdchsen, und zwr Außenrdpre mit Gerd- oder Schrägvezhnung und lnnenrdpre. Ds innervetzhnte Rd heißt Hohlrd. o Zhnstngen ls unendlich groß gedchte Stirnräder zur Umwndlung einer rottorischen Bewegung in eine trnsltorische Bewegung o Kegelräder bei sich kreuzende Rdchsen (Sonderfälle: Stirnrdschrubräderpr, Schnecken rdstz u nd Kegel rd-sch ru bräderpr). Ein beliebiges der beiden Räder eines Rdpres wird ls Rd bezeichnet, ds mit ihm geprte Rd wird ls Gegenrd bezeichnet. Ds kleinere der beiden Räder eines Rdpres wird ls Ritzet oder Kleinrd, ds größere ls Großrd bezeichnet. Ds Ritzel erhält den Index u1", ds Rd den lndex u2".. Ds treibende Rd bekommt den lndex uä", ds getriebene Rd den Index,,b'i. Diese zusätzliche Unterscheidung ist in der Regel nur bei treibendem Großrd erforderlich.. Als Getriebe wird eine Bugruppe bezeichnet, die us einem oder mehreren Rdpren besteht und die in einem Gehäuse oder Gestell untergebrcht sind. Dieses Gehäuse oder MMll 2005 Übungsskript Seite 81

9 Gestell nimmt die Lgerungen für die Wellen, uf denen die Rdpre sitzen, uf. Mn kennt einstufige und mehrstufige Getriebe, in denen jedes Rdpr eine Stufe drstelltl. Ein Stndgetriebe ist ein Getriebe, bei dem lle Wellen lgenunveränderlich drehbr gelgert sind Gesmtübersetzungen / Stufenübersetzungen Die Übersetzung i eines Rdpres ist ds Verhältnis der Winkelgeschwindigkeit o oder der Drehzhl n. des treibendes Rdes zur \Mnkelgeschwindigkeit ros od r der Drehzhl n6 des getriebenen Rdes. übersetzung2 ( r ) n i=--- 'b nb Bei einem Außenpr hben die beiden Räder entgegengesetzten Drehsinn. Beim Innenrdpr hben beide Räder gleichen Drehsinn, ihre Übersetzung ist positiv. Bei I i I t 1 spricht mn von einer Übersetzung ins Lngsme, bei lil. 1 von einerübersetzung ins Schnelle. Ds Verhältnis der Zähnezhl z2 des Großrdes zur Zähnezhl zt des Kleinrdes ist ds Zähnezhtverhältnis3 Zn U=- z1 Bei Hohlrädern wird 22mit negtivem Vorzeichen versehen, so dss Innenrdprein negtives Zähnezhlverhältnis u hben. Bei Innenrdvezhnungen ist stets, I t t. Für ein Rdpr mit treibendern Kleinrd gilt:,., n- n1 _0r _Zz lll=-:-:-:-=u nb n2 u)2 21 Für ein Rdpr mit treibendem Großrd gilt: t\--+--/, 1 Ein Kegel-stirnrdgetriebe besteht in der einfchsten Form us einer Kegelrdstufe, die mit einer Stirnrdstufe gekoppelt ist. Es ist somit ein 2-stufiges Getriebe. Die Benennung,,Kegel-stirnrdgetriebe" und,,2-stufiges Kegel- Stirnrdgetriebe" sind identisch 2 Die Übersetzung i wird oft uch ls Sollübersetzung bezeichnet t Ds Zähnezhlverhältnis u wird oft uch ls lst- oder Relübersetzung bezeichnet (sieh e 6.4.4) SeiteS2 MMll 2005 übungsskript

10 6.4.3 Mximle Stufenübersetzungen und Aufteilung der Gesmtübersetzungen uf die ei nzel nen Verzh n u ng sstufen Zhtenngben in Klmmern gelten nur in speziellen Ausnhmefällen.. Einstufiges Getriebe: o I i < 6 (Stirnrdstufe) o I i < 5 (Kegelrdstufe) o I i < 1 1 (Hohlrdstufe). Zweistufiges Getriebe: I i < S5 (45). Dreistufiges Getriebe: I i < 150 (200) Die Aufteilung der Gesmtübersetzung in Stufenübersetzungen knn unter verschiedenen Gesichtspunkten erfolgen (z.b.mit dem Ziel der Minimierung der Kosten, des Buvolumens für die Räder, des Burums für ds Getriebegehäuse oder der besten Ausnutzung der Festigkeit). Grundsätzlich, wird für die erste Stufe eine größere Übersetzung empfohlen ls für die zweite.. nch NIEMANN bzw. DUBBEL: Erfhrungswerte unter dem Gesichtspunkt minimlen Buvolumens der Räder o 2-stufiges Getriebe: 3-stufiges Getriebe: i; r 0,8.(isesox rim r/oh ti^zl2t3 (versetzte An- und Abtriebswellen) i; ol 1,25.(isesoH rim r/oh,r^rl''"(rückkehrendes bzw. koxiles Getriebe) i;; = isss/ir il o, 0,6'is""fr'(isesox rim r/ox rir,,;u'(iseson rim /ox rir rr)ffi i11 o, 1,l.isesn.(isesoH r.m r/oh rim r)4'7.(isesoh rim r/oh,,r,)- ilss = ises/(ir ir) nch HABERAUER: Erfhrungswerte unter dem Gesichtspunkt bester Ausnutzung der Festigkeit 2-stufiges Getriebe: 3-stufiges Getriebe: ir o 0,7.ig""0'7 i1 nv 0,55.is""0'tt i;11 o ig""0,32 i; = is""/(ir irrr). nch NIEMANN: Erfhrungswerte unter dem Gesichtspunkt des Kostenminimums für Kegelstirnrdgetriebe bei gleichem Werkstoff für Kegelrd- und Stirnrdstufe Gesmtübersetsung is"" = ir.is <8 'to 12,6 >{6 Kegelrdstufe ir ,15 4 Stirnrdstufe is <4 4 4 >4 Tbelle 2: Aufteilung der Gesmtübersetzung mehrstufiger Getriebe für optimle Getriebeuslegung bezüglich Herstellkosten (nch NIEMANN) o Die lndizes,,lu,,,11" und,,lll" bezeichnen die einzelnen Stufen MMll 2005 Übungsskript Seite 83

11 nch BENKLER: optimiert uf geringste Herstellungskosten und geringsten Burum für die Getriebegehäuse (Bild 29 mit Beispielen gemäß Bild 30) t0.: J ö : rt tr ä! oe ttrt g e ts /.,. / /'::::it""' / / ::.'.'::' t,/. I./,, / 7' 4 / '4 I t /, -/ {. A -t -/. 2 4 I 4 I & o 6,,' +- t 2.gt ---{- bi Z.st ct 2-sü. ---'O- dl 2 t" --*- ei 3-st e2 3-st -.-o... n 3-9,, gl 3.d.. -.o d ioo Gegmtgbcrcefung fscr i00o Bild 29: Aufteilung der Gesmtübersetzung mehrstufiger Getriebe für optimle Getriebeuslegung (optimiert uf geringste Herstellungskosten und geringsten Getriebegehäuseburum nch BENKLER) zweistufige Getriebe Ein- und Ausgngswelle koxil (2. Stufe mit Außenverzhnung) Ein- und Ausgngswelle versetzt Kegel-Sti rnrd n ord n u n g Ein- und Ausgngswelle koxil (2. Stufe mit Innenvehnung), dreistufige Getriebe Ein- und Ausgngswelle versetzt Kegel-Sti rnrd n ord n u n g (Stirnrdwel len versetzt) Kegel-Sti rn rd n o rd n u n g (Stirnrdwel len versetzt) e Bild 30: Beispiele für zwei- und dreistufige Getriebe SeiteS4 MMll 2005 Übungeskript

12 6.4.4 Gesmt-, Soll- und lst-übersetzurg, Übersetzungsfehler, Nennübersetzung. Gesmt(soll)übersetzung i^^. - hein - oein 'ges o Soll-Übersetzung. lst-ubersetzung. Übersetzungsfehler h"u, i = nr/nz 0"r, u=zzlz,t=dzldt Ai = '-l I.100o/oS Ai,,r ises = ir'iu'iru... mit ro = 2'n'n / 60, n [1/min] mit den Drehzhlenr und nz us Pflichtenheft mit den Zähnezhlen 4 ufid zz und den Durchmessern dr und dz us der Auslegung = Dies führt zu einer ersten Auswhltbelle für die Festlegung der Zähnezhlen. Ds Zähnezhlverhältnis u soll möglichst teilerfremd sein, dmit sich gleiche Zhneingriffe nicht in zu kuzen Zeitbständen wiederholen!. Entscheidungskriterien + Möglichst geringer Abweichungsfehler zwischen der Soll- und der Rel-Übersetzung (Übersetzungsfehler): Der zulässige Übersetzungsfehler wird meistens im Pflichtenheft ngegeben = Möglichst kleine Ritzelzähnezhl in der Nähe der Grenzzähnezhl (= 14) wählen o Nennübersetzung sofern nicht usdrücklich bestimmte Übersetzungsverhältnisse gefordert sind, werden folgende Nennübersetzungsverhältnisse tür Zhnrdgetriebe (selbständige Aggregte) empfohlen (Übersetzungsverhältnisse nch der Normzhlreihe R 10 / R 20): Reihe {0 20 NennüberseEungen , ,00 6,30 8, ,0 25,0 31, ,12 1, , , ,55 4, , ,0 18,0 20, , , ,0 63, ,0 90, Tbelle 3: Empfohlene Nennübersetzungen Die Nennübersetzungen der Reihe R 10 sind denen der Reihe R 20 vouuziehen! MMll 2005 Übungsskript Seite 85

13 Anhltswerte zur Vordimensionierung von Stirnrdgetrieben B reite/d u rchmesserverhältn is b/d r n ortsfesten I nd ustriegetrieben symmetrische Lgerung (Stndgetrieben) unsymmetrische Lgerung fliegende Lgerung normlisiert (HB = 180) 1,6 1,3 0,8 vergütet (HB = 200) 1,4 1,1 0,7 einstzgehärtet 1,1 0,9 0,6 nitriert 0,8 0,66 0,4 Tbelle 4: Überschlägige Werte zur Bestimmung der Ritzelbreite (Zhnbreite) Übersetzung i vergütet bis 230 HB vergütet über 300 HB nitriert einsegehärtet GGG Tbelle 5: Übliche Ritzelzähnezhlen (werkstoffbhängig) SeiteS6 MMll 2005 Übungsskript

14 Rele Drehzhländerung Rele Momentenänderu ng Leistu ngsübertrgung im relen Fll gilt: Verlustleistung Drehzhländerung, Momente, Momentenänderung, Wirkungsgrd, Leistungsüber- trgung l'lt = U'112, 112 = h1/u Mz = u'mr, Mt = Mzlu P"r, = Pein ä Mr.@r = Mz.h)z (nur im verlustfreien Fll) lp"rrl = P",n. lql, wobei Q = Gesmtwirkungsgrd desgetriebes mit XP = 0 (zugeführte Leistung Pein = positiv, bgeführte Leistung P"r, zuzüglich Verlustleistung Pv = negtiv) erhält mn: Pein=P"r.*Pv Wirkungsgrd Mit Pv = -(1-rl).P"in ergibt sich: q = %,,- - M"r, '0"r, - M"r, 11 %'n Mein. [r)ein M"in Mit q; = (P.u'/P"1n); gilt für jede Stufe j: [ = 11.rlz.rls...nr = fl [t Der Wirkungsgrd ist ein wichtiger Gesichtspunkt zur Beurteilung der Wirtschftlichkeit von Zhnrdgetrieben und dher oft Bestndteil von Liefervereinbrungen. Er vriiert in Abhängigkeit von der Belstung. Der Wirkungsgrd ist bei Volllst m höchsten und verringert sich bei Teillst. Er verringert sich uch mit zunehmender Zhl der Getriebestufen. Die in Getriebektlogen ngegebenen Wirkungsgrde beziehen sich im Allgemeinen uf die Nennleistung. Sofern keine Vorgben existieren, können folgende Wirkungsgrde ngenommen werden: Getriebeburt Stufenzhl Wirkungsgrd bei Nennleistung (%) 1-stufio bis 99 Stirnrdgetriebe 2-stufiq bis 98 3-stufiq bis stufig bis 97 Kegelrdgetriebe bis 98 Kegelsti rnrd getriebe 1-Stirnrdstufe bis 97,5 2-Stirnrdstufen bis 97 3-Stirnrdstufen bis 96.5 Tbelle 6: Übersicht der \Mrkungsgrde verschiedener Zhnrdgetriebe Abtriebsdrehmoment Rektionsmoment M"r, = -n.i.mein d. h. i. A.: Mrr, * Mein wegen xt = 0 muss es ein drittes Drehmoment geben. Dieses ist ds vom Fundment ufzunehmende Rektionsmoment T6, ds über die Befestigungselemente des Getriebes geführt wird. Mc = Mein - M"r, = (n.i- 1).M"in Überschlägige Berechnung derwellendurchmesser Bei der Voruslegung ist die Zug-lDruck- und Biegebelstung der Welle noch nicht beknnt. Dfür wird für die Torsionsbenspruchung eine zulässige Torsionsspnnung eingesetzt, die diese Vernchlässigung i. A, weitgehend kompensiert. Mn setzt zunächst: MMll 2005 Übungsskript Seite 87

15 r' = 25 N/mm2 lm Zuge dernchrechnung müssen ntürlich lle vorkommenden Benspruchungen berücksichtigt werden. -w M M Aus (rundes Vollprofil, ungekerbq W' erhält mn einen ersten Anhltswert für den Wellendurchmesser (mit t x 25 N/mm2): d.n/mm =^T+rs,e.Vivr mit M in Nm; d.6 in mm Sollte der uf diese Weise überschlägig bestimmte Wellendurchmesser zu klein sein, dnn knn mn sich uch n Ktlogngben zu Antriebsmotoren (2. B. elektrische Getriebemotoren), Kupplungen usw. orientieren und die dort für eine bestimmte Leistungsngbe gefundenen Angben zu Wellendurchmessern vorerst übernehmen Ermittlung des überschlägigen Achsbstndes Bestimmende Größen Lgerburum der Wälzlger Ritzeldurchmesser Pltzbedrf fü r Anbutei le Achsbstnd ryl_ Achsbstnd n Achsbstnd Vezhnungsdten (Modul, Mindestzähnezhl)" Achsbstnd 1, Es gilt in der Voruslegungsphse für den erforderlichen Achsbstnd: äl = mx (äwl, är, äa, rtl ) 3 äl, norm Bei Stndrdgetrieben sind für die Stndrdstirnrdstufen mit Außenverzhnung die Achsbstände i. A. festgelegt (äu no'.r). Sie sollen nch Möglichkeit ngestrebt werden, sofern keine nderen wichtigen Belnge dgegen sprechen. Reihe Achsbstände äu no- in mm 25 31, , Tbelle 7: Stndrdchsbstände (Die Werte der Reihe 1 sind denen der Reihe 2 vozuziehen) Achsbstnd us Lgerburum Mit den Ergebnissen us werden die nächst größeren Innendurchmesser von Wälzlgern us Normen (z.b.dln 625) oder entsprechenden Ktlogen usgesucht und so die dzugehörigen Außenringdurchmesser ermittelt. Bei mehrerenzur Auswhl stehenden Lgerußenringdurchmessern wird eine mittlere Größe gewählt (mittlere Lgerbureihe), deren äußerer Durchmesser Ds ungefähr 2 ml Lgerinnenringdurchmesser (= genormter Wellendurchmesser) beträgt: Dr- = 2'dr s Diese Abschätzung zum Achsbstnd wird wegen fehlender Grundlgen über die Vezhnungsuslegung im Rhmen dieser Vernstltung nicht betrchtet SeiteSS MMll 2005 Übungsskript

16 Zusätzlich wird ein Bedrf von mindestens 30 mm für eine zwischen den Lgerußenringen im Gehäuse unteruubringende Gehäuseschrube sowie für Lgerdeckelschruben vorgesehen:?t =ry+ 30 rnrn rv (dr., + drr)* 30 mm Achsbstnd us Ritzeldurchmesser Mit drnit er = k.dw erhält mn den Ritzeldurchmesser. Werden Ritzel und Welle us einem Stück gefertigt (Schftzhnräder), so wählt mn für den Teilkreisdurchmesser dr,."in = k.ds"n"x = k.drsll Kegelrdstufe: k = (1,6... 2,0), vozugsweise k = 1,8, Stimrdstufe: k = (1,2... 1,4), votzugsweise k = 1,3. Für Zhnräder, die uf die Welle ufgesetzt werden (Pssfeder, Querpressverbnd), wählt mn für den Teilkreisdurchmesser dl, rin = k.deonruns = k.dwerl 1= (2,0...2,5), vorzugsweise kstni = 2,0für Stirnritzel kxni = 2,5 für Kegelritzel Aus dr,,nin = drit "r = k.dwri dz,rin = dno = i.dnit "r = i.k.dwr findet mn den Achsbstnd än=9.9 =td*.(1+i), wobei der Wellendurchmesser dwr ntweder vorgegeben ist oder überschlägig us dem zu übertrgenden Drehmoment bestimmt werden muss (siehe 6.4.6) Achsbstnd us Anbuteilen Kupplungen, Bremsen (2. B.Bild 32), Flnschtöpfe für E-Motoren, Anschlussflnsche von E- Motoren, Lgerdeckel (2.8. Bild 31) usw. benötigen n den fürsie vorgesehenen Stellen usreichenden Montgepl!'. Die Durchmesser dieser Teile sind entsprechenden Dtenblättem oder Ktlogen ztj entnehmen. Für die Abschätzung der Durchmesser von Lgerdeckeln gelten besondere Empfehlungen: Der äußere Durchmesser eines Lgerdeckels d;e ergibt sich gewöhnlich us dem Durchmesser des Lgerußenringes Dr bzw. des Lgertopfes (z.b.lgerung der Kegelritzelwelle) und einem Überstnd von c. 50 mm bzw. 60 mm für die Lgerdeckelschruben: MMll 2005 Übungsskript Seite 89

17 d.o = d, + {:3;:: ::3 I; =do Sehr häufig werden einseitig bgeflchte Lgerdeckel verwendet, um die durch Anbuteile verurschten Lgerbstände zu minimieren (siehe Bild 31). Die Abflchung wird durch einen Erstzdurchmess r dsp. ngegeben. Er beträgt gewöhnlich dro. = dr-o - 40 mm = dn. Mit dem Durchmesser dn solcher Anbuteile (dnr für Anbuteile uf der Ritzelwelle; dnz für Anbuteile uf der Großrdwelle) ergibt sich unter Berücksichtigung eines minimlen Abstndes der Anbuteile von 10 mm folgender Lgerbstnd n: ä^=dot*dor*10 ^ 2 2 Bild 31: Typische Gestltung und Montge von einseitig bgeflchten Lgerdeckeln bei geringem Achsbstnd Bild 32: Anbubeispiel Bremse links: Blick in eine ufgeschnittene elektromgnetisch betätigte Hltebremse rechts: Schnitt durch eine Außerhlb des Gehäuses ngeschrubte Bremse Seite90 MMll 2005 Übungsskript