Inhaltsverzeichnis. Inhaltsverzeichnis Seite: Aufgabenstellung Seite: Seildimensionierung Seite: 09-10

Transkript

1 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Seite: Aufgabenstellung Seite: Seildimensionierung Seite: estlegung der Hauptabmessungen Seilrolle Seite: Konstruktionsentwurf der Seilrollenlagerung Seite: Konstruktionsbeschreibung der Seilrollenlagerung Seite: Kräftesystem Seite: Ermittlung der Stangenkraft Seite: Dimensionierung der Bolzenverbindung Seite: Ermittlung der Biegebelastung Seite: Ermittlung der Schubbelastung Seite: Ermittlung der lächenpressung Seite: Lagerberechnung Seite: Äquivalente statische Lagerbelastung Seite: Erforderliche statische Tragzahl Seite: Konstruktionsentwurf der Seilrollenkonsole Seite: Konstruktionsbeschreibung der Seilrollenkonsole Seite: Dimensionierung der Verbindungsstange Seilrollenkonsole - Anschlussgelenk Seite: Ermittlung der Zugbelastung Seite: Schweißnahtberechnung Stangenanschluss Seite: 25 1

2 Inhaltsverzeichnis 10. Dimensionierung der Seilrollenkonsole Seite: Ermittlung der Zugbelastung Seite: Ermittlung der lächenpressung Seite: Konstruktionsentwurf der Anschlussgelenks Seite: Konstruktionsbeschreibung des Anschlussgelenks Seite: Kräftesystem Seite: Ermittlung der Kraftkomponenten Seite: Dimensionierung der Schweißnähte Seite: Schweißnahtberechnung Stangenanschluss Seite: Schweißnahtberechnung Anschlussgelenk Konsole Seite: Dimensionierung des Stangenauges Seite: Ermittlung der Zugbelastung Seite: Ermittlung der lächenpressung Seite: Dimensionierung der Anschlussgelenk Konsole Seite: Ermittlung der Zugbelastung Seite: Ermittlung der lächenpressung Seite: Dimensionierung der Bolzenverbindung Seite: Ermittlung der Biegebelastung Seite: Ermittlung der Schubbelastung Seite: Ermittlung der lächenpressung Seite: Dimensionierung der Lagerbuchse Seite: Ermittlung der lächenpressung Seite: 38 2

3 Inhaltsverzeichnis Anhang : A.1 Stückliste Seite: 01 A.2 Zeichnung Seite: 02 A.3 Maßblatt Wälzlager Seite: A.4 Maßblatt Gleitlager Seite: 05 A.5 DIN 1445 Seite: A.6 Diverse Auszüge aus Tabellenbüchern Seite:

4 1. Aufgabenstellung 4

5 1. Aufgabenstellung 5

6 1. Aufgabenstellung 6

7 1. Aufgabenstellung 7

8 1. Aufgabenstellung 8

9 2. Seildimensionierung gegeben: Wirklicher Seilquerschnitt (Summe aller Einzeldraht - Querschnitte) m Sicherheitsfaktor s 6.50 (nach DIN 15020) Nennfestigkeit der Drähte R m 1770 N/ Querschnittsverhältnis f des Metallischen Seilquerschnitts zum Nennquerschnitt (a) Ermittlung des Kennwertes c Seilnenndurchmesser d und Nennquerschnitt A N f A m N c f 4 s π R m c π 1770 N / c mm / N nach DIN wird der nächst höhere Kennwert c gewählt, und zwar für übliche Transporte und für eine Nennfestigkeit der Drähte von R m 1770 N/ : Beiwert gewählt : c mm / N 9

10 2. Seildimensionierung Ermittlung des Seildurchmessers d S S m g 500kg 9.81m s² S 4905 N d c S d 0.106mm / N 4905 N d mm gewählt : d 8 mm Mit vorgenannten Werten, nämlich c mm / N (übliche Transporte) und R m 1770 N / kann nach Bild DIN Beiwert h1 & h2 bestimmt werden : Beiwert h Beiwert h Bild:

11 3. estlegung der Hauptabmessungen Seilrolle Somit ergeben sich die Hauptabmessungen der Seilrolle zu : D D D R R R h h 1 2 d mm 224 mm D D D i i i D R d 224 mm 8 mm 216 mm a d a mm a 20 mm D D + 2 a D D a a a i 216 mm mm 256 mm 11

12 4. Konstruktionsentwurf der Seilrollenlagerung 12

13 4. Konstruktionsentwurf der Seilrollenlagerung 4.1 Konstruktionsbeschreibung der Seilrollenlagerung Die Seilrolle ist als Gusskonstruktion ausgeführt worden. Um gute Laufeigenschaften zu erreichen, wurde die Seilrolle in 2 Wälzlagern gelagert. Diese besitzen Lebensdauerschmierung. Sie ist als Einbaumodul leicht austauschbar, da sie durch Ziehen des DIN-Bolzen vollständig und schnell wechselbar ist. Die Wälzlager sitzen mit fester Passung in der Seilrolle [10] und mit loser Passung auf der Hülse [3]. Dies ermöglicht eine axiale Verschieblichkeit im Rahmen des Spiels zwischen den Hülsen [5] und den Lagern [11]. Die Abschlussdeckel [6] sind mit der Seilrolle [10] fest verschraubt und klemmen mit der Hülse [4] die Lager in axialer Richtung unverschiebbar fest. Durch festziehen der Bolzenverbindung [14] mittels Kronenmutter [16] wird die Konsole über die Abschlusshülsen [5] und die Hülse [3] verspannt. Anschließend erfolgt die Verliersicherung durch Versplinten. 13

14 5. Kräftesystem 5.1 Ermittlung der Stangenkraft Stange S G G G S 500 kg 9.81 m S m g 4905 N s² G Kosinussatz im schiefwinkligem Dreieck b 30 c² a² + b² 2 a b cosγ a c Gegeben: c a b STANGE G S γ 120 STANGE STANGE ² + ² 2 cosγ G S G N ² S N ² N 4905 N cos120 STANGE N 8496 N Stange 8496 N 14

15 6. Dimensionierung der Bolzenverbindung 6.1 Ermittlung der Biegebelastung Der Bolzen [2] kann unter Vernachlässigung der Stützwirkung durch die Hülse [3] als frei aufliegender Träger mit 2 Einzellasten (Wälzlager) betrachtet werden. Ersatzsystem Werte aus Konstruktions- Entwurf A 1 2 B STANGE A A A B M B 70mm + 20mm A 90mm mm mm 90mm N 70mm N 20mm 90mm A N Das max. Biegemoment liegt zwischen 1 und 2 M M b max b max A 20mm N 20mm M b max Nmm 15

16 6. Dimensionierung der Bolzenverbindung 6.1 Ermittlung der Biegebelastung Der Bolzen wird aus ST-50 hergestellt. Es ergibt sich nach einem Tabellenbuch und unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors folgende ässige Spannung: für ST 50 gilt R p N S 2.5 (Sicherheitsfaktor) R p 0.2 S 295 N N M b max ³ W W 32 d b π d d 32 M b π d ³ M b max Nmm π 118 N d mm b π max gewählt: d 20 mm Durch die Konstruktive Ausbildung der Seilrollenhalterung und des gewählten Abstands der beiden Rillenkugellagern zueinander (50mm), wird der Bolzen wie ein Träger auf zwei Stützen betrachtet, wodurch die Biegebelastung gegenüber der Schubbelastung (Abscheren) den größeren Anteil hat, ist auch diese Biegebelastung für die Dimensionierung ausschlaggebend. 16

17 6. Dimensionierung der Bolzenverbindung 6.2 Ermittlung der Schubbelastung STANGE Abscherquerschnitt Zulässige Schubspannung: Τ Τ Τ 0.8 R p S 295 N R p 0.2 S Τ 94.4 N Zweischnittige Verbindung: Τ Τ Τ 2 STANGE π 4 d² 8496N π N 17

18 6. Dimensionierung der Bolzenverbindung 6.3 Ermittlung der lächenpressung: Stange p : aus Maschinenelemente Niemann gewählt: t 8 mm d 20 mm ür Bolzenwerkstoff St-50 p 90 N/ p p STANGE 2 t d 8496N 2 8mm 20mm Projektionsfläche d * t t p N d p < p 18

19 7. Lagerberechnung Aus konstruktiven Gründen, wurden 2 Rillenkugellager mit 2 Dichtscheiben (diese Lager sind auf Lebensdauer geschmiert und somit Wartungsfrei) gewählt : nach AG Katalog: Type RSR d 30mm D 55mm B 13mm Stat. Tragzahl C o 8000 N Wenn Wälzlager im Stillstand, bei langsamen Schwenkbewegungen oder sehr niedrigen Drehzahlen belastet werden, dann ist die Tragfähigkeit nicht durch die Werkstoffermüdung bestimmt, sondern wird durch die bleibenden Verformungen an den Berührungsstellen zwischen Wälzkörper und Laufbahn begrenzt. 19

20 7. Lagerberechnung 7.1 Äquivalente statische Lagerbelastung Quelle: AG - Wälzlagerkatalog ür Rillenkugellager gilt : P x + y o o 0 r P r 0 a a r Radialkraft r Stange * 0.5 Wird P o < r, so ist mit P o r zu rechnen somit ist : a Axialkraft nicht anden P P P o o o STANGE N N 7.1 Erforderliche statische Tragzahl : C o S P 0 o S o statische Tragsicherheit C C o o N 4248 N gewählt: S o 1 normaler Betrieb und normale Anforderungen an die Laufruhe C o für Rillenkugellager 6006 aus Wälzlagerkatalog Co 8000 C o > C o 20

21 8. Konstruktionsentwurf der Seilrollenkonsole 21

22 8. Konstruktionsentwurf der Seilrollenkonsole 8.1 Konstruktionsbeschreibung der Seilrollenkonsole Die Seilrollenkonsole ist in robuster Schweißkonstruktion ausgeführt worden. Um genaues Passmaß zwischen den verspannten Abschlusshülsen [5] und der Hülse [3] zu erreichen, wird die Konsole nach dem schweißen an den entsprechenden Seitenteilen von innen gefräst. Der Bolzen [14] wird in einer glatten Durchgangsbohrung aufgenommen. Um eine gleichmäßigere Kraftübertragung zwischen angeschweißter Stange und Seilrollenkonsole zu erreichen, wird zwischen die beiden Anschlussnähte ein Kegel geschweißt, der einen angedrehten Zapfen besitzt, um das Teil auf der Konsole in einem entsprechenden Loch zu zentrieren. Hierdurch wird die hohe Kerbwirkung zwischen den schroffen Querschnittsübergängen vermindert. Die Stange zwischen der Seilrollenkonsole und dem Anschlussgelenkt ist als Rohrkonstruktion ausgeführt worden, weil eine Vollstange relativ dünn zu dimensionieren wäre. Ein vergleichbares Rohr bietet höheres Wiederstandsmoment gegenüber Biegung, die dann auftreten könnte, wenn die Last plötzlich unter dem angegebenen Winkel hochgezogen wird (Trägheit der Massen). 22

23 9. Dimensionierung der Verbindungsstange Seilrollenkonsole - Anschlussgelenk 9.1 Ermittlung der Zugbelastung Es handelt sich um reine Zugbelastung. Als Werkstoff für Stange und Anschlusskonsolen wird St-44-2 vorgesehen, da dieser Werkstoff unter anderem gut schweißbar ist. Rp0.2 S 255 N N Aus Tabelle R p 255 N/ ür Durchm STANGE π d ² 4 d erf 4 π STANGE d erf N π 102 N d erf mm Da d relativ dünn ausfällt, wird die Stange als Rohrkonstruktion ausgeführt. ( besseres Widerstandsmoment ) 23

24 9. Dimensionierung der Verbindungsstange Seilrollenkonsole - Anschlussgelenk 9.1 Ermittlung der Zugbelastung A STANGE erf. A erf. STANGE A erf. 8496N 102 N A erf In Anlehnung an DIN 2448 und DIN 2458 steht folgendes Stahlrohr [ST-44-2] zur Verfügung.: R o 17.2 mm x 1.8 mm A π dm b A π 15.4mm 1.8mm A erforderliche läche A erf < läche vom Rohr 17.2 x 1.8 A

25 9. Dimensionierung der Verbindungsstange Seilrollenkonsole - Anschlussgelenk 9.2 Schweißnahtberechnung Stangenanschluß Stange an Kegel a 3mm Stange 8496 N D D i 17.2mm D23.2mm Zugbelastung: wn wn Σ STANGE AW 8496N Σ Σ AW AW π ( ) wn 44.6 N wn < 102 N 25

26 10. Dimensionierung der Seilrollenkonsole 100mm O 20mm 8mm 10.1 Ermittlung der Zugbelastung N N STANGE A 8496N 1600 A 2 l t N 5.31 N N 102 N 10.2 Ermittlung der lächenpressung G p A d t 2 A 8496N p 320 p N p < p 90 N/ 26

27 11. Konstruktionsentwurf des Anschlussgelenks 11.1 Konstruktionsbeschreibung des Anschlussgelenks Auch das Anschlussgelenk ist in Schweißkonstruktion mit glatter, durchgehender Bohrung ausgeführt worden. Die Lagerung ist hier mittels selbstschmierenden Gleitlagern erzielt worden, da hier nur Schwenkbewegungen vorkommen. Die Buntbuchse ist auf ihrer hinteren Seite mit einer entsprechenden Anlaufscheibe versehen, um Kantenpressungen zu verringern. Der Bolzen ist mit einem Achshalter an der Konsole angeschraubt. Hiermit wird erreicht, das der Bolzen sich nicht axial verschieben kann und sich auch nicht drehen kann. Das genaue Passmaß zwischen den Konsolenschenkeln wird wiederum durch räsen erreicht. 27

28 12. Kräftesystem 12.1 Ermittlung der Kräftekomponenten 30 Stange Y X y y y cos 30 STANGE cos N N sin 30 x x sin N 4248 N x STANGE 28

29 13. Dimensionierung der Schweißnähte 13.1 Schweißnahtberechnung Stangenanschluß a 3mm D D i 17.2mm D23.2mm Zugbelastung: wn wn Σ STANGE AW 8496N Σ Σ AW AW π ( ) wn 44.6 N wn < 102 N 29

30 13. Dimensionierung der Schweißnähte 13.2 Schweißnahtberechnung Anschlußgelenkkonsole Nahtausführungen Kehlnaht Lastfall Zug (Schwellend / Schub) Werkstoff ST 44-2 Bewertungsgruppe B 102 N mm ² l 1 l 2 für Zug: A W l 1 80mm l 2 10mm Zugbelastung: WN WN WN Σ y AW N 2 [(80mm 3mm) mm 3] 12.3 N A W 2 [( l a) + 2 l2 1 a ] Schubbelastung: Τ Τ Τ w w w Σ x AW sin N (2 80mm mm) N A W 2 [( l a) + 2 l2 1 a ] Vergleichspannung: ξ wv wv wv wn 12.3 ² Τ 15.6 N 2 w ² 2 N N 102 N > 15.6 N wv 30

31 14. Dimensionierung des Stangenauges 20mm 40mm 32mm 40mm Stange 14.1 Ermittlung der Zugbelastung N N STANGE 2 l t 8496N 2 40mm 20mm N 5.31 N N 102 N 31

32 14. Dimensionierung des Stangenauges 14.2 Ermittlung der lächenpressung für ST 44-2 p 80 N/ gewählt (ermittelt) G p A 8496N p 32mm 20mm A d t p N p < p 80 N 32

33 15. Dimensionierung der Anschlussgelenk - Konsole t 8 mm l 14.7 mm 14.7mm 14.7mm 8mm t 8mm 15.1 Ermittlung der Zugbelastung Rp0.2 S 265 N 2.5 R p N/ S N Y 2 l t N mm 8mm N < 33

34 15. Dimensionierung der Anschlussgelenk - Konsole Stange O 2 5 m m d 15.2 Ermittlung der lächenpressung p 80 N 8mm 8mm d 25 mm t 8 mm p p STANGE 2 d t 8496N 2 25mm 8mm p N p < p 34

35 16. Dimensionierung der Bolzenverbindung A Stange B Stange 8496 N A 34mm B l 34 mm S Ermittlung der Biegebelastung A A STANGE 8496N M M b max b max l A 2 34mm 4248N 2 A 4248 N M b max Nmm Der Bolzen wird aus ST-50 hergestellt. ür ST-50 gilt : R p N/ Rp0.2 S 295 N N M W b max b Konstruktiv gewählter Bolzendurchmesser d25mm M b max 32 π d ³ 72216Nmm 32 π 25³ mm W b π 32 d ³ 47.1 N 35

36 16. Dimensionierung der Bolzenverbindung 16.2 Ermittlung der Schubbelastung ässige Schubspannung: T T T 0.8 R p S 295 N R p 0.2 S Abscherquerschnitte T 94.4 N zweischnittige Verbindung: T T 2 STANGE π 4 d² 8496N π 2 25² mm 4 T 8.6 N T < T 36

37 16. Dimensionierung der Bolzenverbindung 16.3 Ermittlung der lächenpressung p 90 N/ (siehe 6.3) Stange d p p STANGE 2 t d 8496N 2 8mm 25mm t p N p < p 37

38 17. Dimensionierung der Lagerbuchse 17.1 Ermittlung der lächenpressung eingesetzte Buchse: 25x32x39x25 Lang nach Tabelle TB 9-1 Roloft/Matek gilt: p 80 N/ p p STANGE d l 8496N 25mm 25mm p 13.6 N p 80 N > p 13.6 N Tabelle: 9-1 E N D E 38