Abb. 1 Beispiel eines Rührwerks

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1 Konstruktionsaufgabe zu den Übungen KoWe WiSe 08/09 Thema: Konstruktion der Antriebswelle eines Koaxialrührwerkes Fakultät V Verkehrs- und Maschinensysteme Institut für Konstruktion, Mikro-, und Medizintechnik Konstruktionslehre Prof. Dr.-Ing. H. Meyer Dipl.-Ing. A. Khoshnevis Cand. Ing. Lars Böttcher Cand. Ing. Walter Ballheimer Lfd-Nr. Vor- und Zuname 1 Matrikelnummer Datum der Ausgabe 2 Übungsgruppe 3 Hintergrund: Rührwerke werden in der Verfahrenstechnik z.b. zum Mischen von Fluiden und Granulaten eingesetzt. Oft kommt es hierbei darauf an, dass in möglichst geringer Zeit ein möglichst hoher Grad an Durchmischung erreicht wird. Das ist besonders dann erforderlich, wenn z.b. zwei schnell miteinander reagierende Stoffe vermischt werden müssen, damit die Reaktion gleichmäßig anlaufen kann. Abb. 1 Beispiel eines Rührwerks Ihr selbständiges Ingenieurbüro hat den Auftrag erhalten, für einen Chemikalienhersteller ein Koaxialrührwerk zu entwerfen, das eine besonders effektive,

2 d.h. vollständige und schnelle Durchmischung garantiert, indem zwei Rührflügel gegenläufig umeinander rotieren. Den Aufbau und die Funktionsweise des Rührwerkes veranschaulicht die Prinzipskizze. Abb. 2 Prinzipskizze des Koaxialrührwerkes Das Rührwerk wird über eine Riemenscheibe (1) mit Keilriemen durch einen Elektromotor angetrieben. Das Kegelradritzel (2) der angetriebenen Welle (3) treibt über die beiden Kegelräder (4) & (5) die gegenläufigen Wellen (6) & (7) mit den Rührflügeln (8) an, wobei das Antriebsmoment durch das Kegelradgetriebe um 90 umgelenkt wird. Hierbei ist es erforderlich, die eine Abtriebswelle als Hohlwelle auszuführen, durch welche dann die zweite Abtriebswelle hindurch läuft, damit die Rührer konzentrisch rotieren. Ihre Abteilung hat die Aufgabe die Antriebswelle (siehe Abb. 3) des Rührwerkes zu konstruieren. Dies beinhaltet die Wellengestaltung sowie die Auslegung des Gehäuses und der Riemenscheibe.

3 Abb. 3 Prinzipskizze der Antriebswelle gegebene Daten: Gruppen 1&4 Gruppen 2&5 Gruppen 3&6 Motordaten Motorleistung PM 2,5 kw 2,2 kw 2,0 kw Motordrehzahl nm 1400 min 1400 min 1400 min Wellendaten Zulässige Torsionsspannung τzul 18 N/mm 2 18 N/mm 2 18 N/mm 2 Wellenwerkstoff C60E C60E C45E Daten der Riemenscheiben einteilige (1T) Riemenscheibe nach DIN 2211 Teil1 Riemenprofil SPA (DIN 7753 Teil1) Richtdurchmesser der Scheibe am Motor d 90mm r.an Richtdurchmesser der Scheibe an der Welle d 180mm 190mm 200mm r.ab Rillenzahl zr 2 Riemenkraft Fw 1000 N Zahnradgeometrie Zähnezahl des Ritzels z 1 18 Kegelwinkel des Ritzels δ1 22 äußerer Modul me 3 mm

4 Zahnbreite am Ritzel b 20 mm Zähnezahl der anderen Zahnräder z 2 45 Zahnkräfte Umfangskraft Fu1 733,31 N 681,16 N 651,83 N Umfangskraft Fu2 733,31 N 681,16 N 651,83 N Radialkraft Fr1 247,47 N 229,87 N 219,98 N Radialkraft Fr2 247,47 N 229,87 N 219,98 N Axialkraft Fa1 99,98 N 92,87 N 88,87 N Axialkraft Fa2 99,98 N 92,87 N 88,87 N Lagerabstände a 50 mm b 90 mm 85 mm 80 mm c 80 mm 85 mm 90 mm Anforderungen an die Konstruktion: Eine kompakte und wirtschaftliche Bauweise ist anzustreben. Auf eine montage- und fertigungsgerechte Gestaltung ist zu achten. Die Antriebswelle ist nach dem Fest-Loxlager-Prinzip zu lagern. Als Lager sollen Rillenkugellager verwendet werden. Die Welle kann mit dem Kegelradritzel aus einem Stück gefertigt sein. Alle Lager werden mit Fett geschmiert, wobei eine ausreichende Abdichtung gegen Fettaustritt vorgesehen werden soll. Der Gehäusedeckel ist nach innen und außen abzudichten. Die Nachschmierung erfolgt bei der Wartung. Das Gehäuse ist als Gusskonstruktion auszuführen. Zur Befestigung ist ein Flansch vorgesehen (Flanschmaß siehe Abb. 3). Der Abstand zwischen Flanschauflagefläche und der Ritzelmitte soll 30mm betragen. Eine Zentrierung ist vorzusehen. Der Durchmesser des Wellenendes sollte entsprechend DIN 748 gewählt werden. Die Länge ist der Riemenscheibe anzupassen. Für die Momentenübertragung an der Riemenscheibe ist eine Passfederverbindung zu wählen. Die Riemenscheibe ist gemäß DIN 2211 Teil1 einteilig auszulegen. Aufgabenstellung: a) Bestimmung folgender Daten: Übersetzung des Riemenantriebes Drehzahl und Drehmoment der Antriebswelle Übersetzung des Getriebes Drehzahlen der Abtriebswellen Drehmomente in den Abtriebswellen

5 b) Auslegung der Welle: Für die zu konstruierende Antriebswelle ist eine Belastungsanalyse durchzuführen. Die Welle ist entsprechend den ermittelten Belastungen auszulegen. Dies beinhaltet: Bestimmung des Mindestwellendurchmessers (dieser darf an keiner Stelle unterschritten werden; Ausnahme: Passfedernut, Keilwellenprofil) Berechnung der Auflagerreaktionen auf Grund der äußeren Belastungen Bestimmung der Schnittreaktionen der Antriebswelle in der x-y-ebene c) Auslegung des Ritzels: Das Kegelrad ist nach den Gleichungen zur Kegelradgeometrie auszulegen. Die errechneten Werte sind zu dokumentieren. Anforderungen an die Ausarbeitung: Sämtliche Zeichnungen sind im Maßstab 1:1 sauber per Hand anzufertigen. Eine Stückliste ist anzufertigen. Die Dokumentation der Aufgabe soll nach Möglichkeit per Computer erfolgen und die getätigten Arbeitsschritte beschreiben. Sämtliche Rechenschritte sind ausführlich zu kommentieren und zu begründen. Es sind die in der Aufgabenstellung vorgegebenen Formelzeichen zu verwenden (siehe Text sowie geg. Daten). Die Dokumentation ist in gehefteter Form abzugeben. Sie soll folgenden Aufbau aufweisen: Deckblatt: Titel der Arbeit, Bearbeiter (Namen), Lehrveranstaltung, Datum Inhaltsverzeichnis mit Angabe der Seitenzahl Anlagen Der Inhalt ist wie folgt zu gliedern: Aufgabenstellung geforderte Berechnungen Konstruktionsbeschreibung Montagehinweise (Montageanleitung) Quellenverzeichnis Anlagenverzeichnis Anlagen Empfohlene Literatur: Dubbel - Taschenbuch für den Maschinenbau (Springer-Verlag) Hoischen - Technisches Zeichnen (Cornelsen-Verlag) Tabellenbuch Metall (Verlag Europa-Lehrmittel) Perinorm Programm für Normen in der Universitätsbibliothek Roloff / Matek - Maschinenelemente (Vieweg-Verlag) Decker - Maschinenelemente (Hanser-Verlag) Haberhauer / Bodenstein - Maschinenelemente FAG Wälzlager-Katalog

6 Geometrie von Kegelrädern m Modul z Zähnezahl Teilkreisdurchmesser allg.: mittlerer Modul: innerer Modul: äußere Teilkegellänge: Kopfkreisdurchmesser allg.: Fußkreisdurchmesser allg.: Kopfhöhe: d = z m m m = m e ξ b R e m i = m e 1 b ξ R e de R e = 2 sin d a = d + 2 h a cos ( δ ) d f = d 2 h f cos ( δ ) h a = m ( δ) Fußhöhe: h f = m + c Kopfspiel: c = 0.25ξ m