Material: 16MnCr5 z = 25. Rp 0,2 = 630 N / 2 mm β = 0. Einsatzhärtung b = 40 mm. Material: 34Cr4 Rp 0,2 = 700 N / mm. n = 480 min -1 K A = 1,5

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1 9997 ühlhausen (1) Aufgabenstellung Für eine Getriebewelle sind die Verbindungsstelle zwischen der Welle und der Nabe sowie die Lagerstellen zu gestalten! Als Lager sind Radialrillenkugellager nach DIN 65 mit maximaler Tragfähigkeit (für die gesamte Lebensdauer des Getriebes) zu verwenden (Tragfähigkeitsnachweis, Lebensdauer muss nicht nachgewiesen werden)! Die Welle und das Zahnrad sind entsprechend der geforderten Funktion zu gestalten! Gpr.: Daten: Zahnrad: m = mm aterial: 16nCr5 z = 5 Rp 0, = 60 N / mm β = 0 Einsatzhärtung b = 0 mm Welle: P = 10 kw n = 80 min -1 aterial: Cr Rp 0, = 700 N / mm K A = 1,5 Entwurfswerte: nach Roloff Gl. (11.1) 1) d`= 0 mm nach DIN 65 Radialrillenkugellager Bohrungskennzahl 06 Festlegung: DIN maximale Tragfähigkeit Präzisierung der Aufgabenstellung/Informationen zum Thema I. öglichkeiten der Kraftübertragung II: Gestaltung der Lagerstellen Art der Kraftübertragung - Fest- und Loslager, für die statische Bestimmung der Lagerstelle da keine axiale Last (Geradverzahnung) frei wählbar - Punkt- oder Umfangslast hier Umfangslast für Innenring (fester Sitz) und Punktlast für Außenring (loser Sitz möglich) Passungen festlegen Formschluss Kraftschluss Stoffschluss - zur Lagebestimmung der Wälzlager bieten sich entsprechende Wellenschultern an (abgesetzte Welle) Gestaltung der Welle III. aße/bedingungen - nach Vorgabe Lagerabstand und aus Festlegung DIN ergibt sich die Gestaltung der Welle und des Zahnrades - Zahnradgestaltung (Ritzel auf Welle oder Ritzelwelle) nach Roloff S Gestaltungsvorschläge d 18*d 1,8 sh +,5 5* m Ritzelwelle ll d sh = 5 mm, wegen Wellenschulter zur Gestaltung der Lagerungen mit: d = z * m 1,8 * d sh +,5 *m d = 5 * mm 1,8 * 5 mm +,5 * mm d = 75 m 70,5 mm Ausführung als Ritzel auf Welle möglich Entscheidung: - Ritzel auf Welle, da für den Instandhaltungsfall bessere Lösung ontage/austauschbau ist realisierbar, Bauteile sind kostengünstiger herstellbar (Teilung verbessert aterialausnutzung) () Entwicklung von Bauprinzipien Bpr I Bpr II Bpr III Bpr IV Bpr V zylindrischer Pressverband Keilwellenverbund nach DIN EN ISO 1 mit axialer Sicherung durch DIN 71 Schweißverbindung Passfederverbindung (DIN ) mit axialer Sicherung durch DIN 71 Verwendung einer Spannhülse (als Kaufteil von verschiedenen Herstellern erhältlich)

2 9997 ühlhausen () Bewertungskriterien/-richtlinien, Bewertung der Bauprinzipien I. Bewertungskriterien II. Bewertungsrichtlinien III. Bewertung (1) Funktionssicherheit - Zentrierung - axiale Lagesicherung - Rechts-/Linkslauf möglich - () Herstellung/Fertigungsaufwand ti - einfache Bearbeitungsvahren möglich - komplizierte Formen (Gestaltung der Bauteile) () Instandhaltung - ontage/demontage im Instandhaltungsfall möglich (Zerstörung eines Bauteiles, Austausch der Lager, ) Punktbewertung 0 Punkte 0 nicht üllt 1 machbar realisierbar üllt Idealüllung Gewichtungen für die Bewertungskriterien Werden nicht vorgenommen Bpr Krit (1) () () I 0 6 II 9 III IV 10 Bpr V günstigstes Bauprinzip V 11 Erläuterung der Bewertung I/(1) axiale Position für ontage nicht definiert Schwächung der Verzahnung (Härtung) durch Fügeprozess I/() ohne Probleme / Herstellung der Passung I/() Pressverband ist unlösbare Verbindung II/(1) axiale Position / Verwendung der Sicherungsringe so möglich? II/() hoher Fertigungsaufwand Profil Welle/ Nabe - teure Fertigungsvahren II/() OK III/(1) wie I/(1) zusätzlich Gefahr durch Verzug III/() wie I() III/() Schweißverbindung ist unlösbar IV/(1) Rechts-/Linkslauf Schwächung Wellenquerschnitt große Baumaße notwendig IV/() Nutherstellung t beidseitig iti (Räumen/Fräsen) ä IV/() OK V/(1) axiale Position für ontage nicht definiert V/() ohne Probleme V/() für normale Verwendung eine lösbare Verbindung OK () Entwicklung des verbesserten Bauprinzip vbpr Auswahl des Spannsatzes/der Spannhülse - mögliche Anbieter sind WH-Herion, Spieth-aschinenelemente, G&G Antriebstechnik (Internetrecherche) Kataloge als pdf-daten im Download vorhanden -Sichtung ergab folgende Baumaße: G&G Spannsätze GG10 D = 60 mm, H = mm GG1 D = 60 mm, H = 5 mm GG15 D = 66 mm, H = 1 mm (mit Anschlag) GG16 D = 60 mm, H = 60 mm Spieth - Druckhülsen DSK 5*5 D = 5 mm, H = 1 mm DSK 5*55 D = 55 mm, H = 6 mm DSK 5*60 D = 60 mm, H = 1 mm DSL 5*5 D = 5 mm, H = 1 mm Auswahlkriterien für die Spannsätze/Spannhülsen - Innendurchmesser d = 5 mm, Gestaltung der Wellenschultern - Außendurchmesser D Spannsatz/Spannhülse in Abhängigkeit vom Fußkreisdurchmesser der Verzahnung und Zahnkranzbreite - Breite H des Spannsatzes in Abhängigkeit it der Verzahnungsbreite Achtung: - Zahnkranzbreite nach Roloff S (Ritzel oder Ritzelwelle) in Entwurfsberechnungen überprüfen - Überprüfung der übertragbaren omente WH-Herion Baumaße analog G&G Spannsätze Entscheidung Spieth - Druckhülse DSL 5*5 - geringster Außendurchmesser Aß hinsichtlich ihtlihnotwendiger Zhk Zahnkranzbreite - Breite der Druckhülse entspricht nahezu der Verzahnungsbreite Achtung: - Hinweise für die ontage und Gestaltung nach Katalogangaben sind zu beachten

3 9997 ühlhausen (5) Entwurfsberechnungen I. Wirkende Kräfte & omente geg.: P = 10 kw n = 80 min -1 K A = 1,5 - die Verwendung von Normalien und Normteilen unter Beachtung der Gestaltungs- & Benutzungshinweise erübrigt eine Berechnung - aterial der Welle und des Zahnrades sind vor- gegeben ges.: [ Nm] [ ] 1 [ ] P kw = 9550 K A n min 10kW = ,5 1 80min = 98,Nm II. Nachweis Funktionssicherheit vorh Nach Katalog Spieth aschinenelemente vorh = 00 Nm mit: ISO 76 n = 6 A = 5 Nm vorh = 00 Nm > gef = 98, Nm Funktionssicherheit ist üllt unter Beachtung der Anzugsmomente laut Katalöog Spieth III: Dimensionierung und Nachrechnung der Bauelemente IV. Überprüfung der Gestaltungsrichtlinien IV/1 Ausführung Ritzel oder Ritzelwelle - nach Roloff S d 1,8 * dsh +,5 * m d = z * m 1,8 * dsh +,5 * m mit: z = 5 m = mm d sh = 5 mm (DSL 5*5 5 Spieth) d = 75 mm 101,1 mm Ritzelwelle - nach Spieth Katalog Nabenwandstärke für Nabenmaterial C5 x min = 0,6*(d -d 1 ) mit: d = 5 mm d 1 = 5 mm x min = 10, mm x vorh = (d f -d )/ mit: d f = d,5 * m = 67,5 mm x vorh = 7,75 mm nicht realisierbar Lösungsalternativen Entscheidung - das vbpr kann so nicht realisiert werden, da die Ausführung als Ritzel auf Welle nicht möglich ist sowohl nach Roloff als auch nach den Gestaltungsrichtlinien Spieth nicht möglich ist. Lösungsalternativen: - anderes Bauprinzip oder - Veränderung der Verzahnungswerte nach Roloff S z min =, -m min =,06 mm nach Spieth indestnabenwandstärke -z min = 6,8 -m min =,196 mm Vorschlag: Rücksprache mit Auftraggeber und Darstellung der möglichen Lösungsvarianten Entscheidung für Variante II Variante I z = 7 m = mm indestnabenwandstärke nach Spieth ist eingehalten Variante III Ausführung als Ritzelwelle oder Entwicklung neuer Bpr Begründung: - Verschleiß der Verzahnung ist laut Angabe Auftraggeber sehr wahrscheinlich, weshalb ein Wechsel des Zahnrades notwendig werden kann. Wechsel einer Ritzelwelle bei Verschleiß der Verzahnung würde auch Wechsel der Lager bedeuten da Lager auf Lebensdauer ausgelegt sind und die Ritzelwelle in der Herstellung teurer (aufwendiger) ist, würde ein erhöhter Kostenaufwand für die Instandhaltung entstehen Variante II z = 5 m = mm indestnabenwandstärke nach Spieth und Zahnkranzbreite nach Rolloff sind eingehalten - Die Veränderung der Verzahnungsgeometrie (Zahnradpaarung) ist ohne erheblichen Kostenaufwand möglich

4 9997 ühlhausen IV/ Gestaltungsrichtlibnien für die Druckhülse (nach Spieth) - Breite Zahnrad zylindrische Bohrungsfläche der Druckhülse muss vollständig überdeckt sein Breite Zahnrad Breite Druckhülse Festlegung: Breite Zahnrad b = mm Breite Druckhülse k = 1 mm (Katalog) - aterial Zahnrad Katalog geht für Nabe von C5 aus Zahnrad besteht aus 16nCr5 da Einsatzhärtung, da 16nCr5 qualitativ hochwertiger als C5 können Gestaltungsrichtlinien so angesetzt werden - Fertigungsgenauigkeiten (Toleranzen und Oblächenrauhheit) für Anschlussteile an Druckhülse DSL 5*5 Toleranzen: Nabenbohrung (Zahnrad) H7 Welle h5 Oblächen: Rauhtiefen R z =,5 6, spanabhebend zu erzeugen - alle weiteren Fertigungsgenauigkeiten in Abhängigkeit von der Ferti- gung und Funktion festgelegt t (6) I. Entwurf Für die Erzeugung des I. Entwurfes wurden als Grundlage aßskizzen erstellt, auf deren Grundlage die technischen Zeichnungen basieren. Alle aße und Formen, sowie die fertigungsrelevanten Angaben wurden in Abhängigkeit der Gestaltung der Lagerstellen und der Verwendung einer Druckhülse Spieth DSL 5*55 ermittelt t und festgelegt. egt

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