Konstruktion des Riemenantriebs einer Tischfräse

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2 Konstruktion des Riemenantriebs einer Tischfräse

3 Riementrieb Inhalt Auslegung des Riementriebs Dimensionierung der Bauteile ) Grundlagen ) Vorgabewerte ) Annahmen...3.) Berechnung und Dimensionierung...3.1) Motordrehzahl...3.) Wahl des Motors...3.3) Wahl des kleinen Scheibendurchmessers getriebene Scheibe...3.4) Wahl des großen Scheibendurchmessers treibende Scheibe...4.5) Berechnung der Riemenlänge...4.6) Berechnung des erforderlichen Verstellweges...5.7) Ermittlung des resultierenden Umschlingungswinkels an der kleinen Scheibe...5.8) Bestiung der maximalen spezifischen Umfangskraft Auswahl des Riementyps...5.9) Ermittlung der Riemenbreite ) Auswahl der Variante Berechnung des genauen Achsabstandes...6 Zusaenfassung ) Gewählte Konstruktionselemente...7.) Diskussion...8 Technische Zeichnungen ) Skizzen ) Entwurfsskizze ) Handskizze Aufstellungsplan...11.) CAD-Zeichnungen...1.1) Aufstellungsplan Riementrieb...1.) Riemenscheibe Ø315X63 (Antrieb)...13 Anhang ) Literaturverzeichnis...14.) Softwarenachweis...15

4 Riementrieb 3 Auslegung des Riementriebs Dimensionierung der Bauteile 1.) Grundlagen 1.1) Vorgabewerte - Antriebsleistung: P 15kW - Abtriebsdrehzahl der Welle: n 10000min - Übersetzung: i 3, 15 - Riemenausführung: Flachriemen - Betriebsverhältnisse: normaler Anlauf, stoßfreie Volllast, tägliche Betriebsdauer 8h 1.) Annahmen - Achsabstand: e 55 (aus Entwurfskizze) - Verstellweg des Achsabstandes:,5% e% + 3% - Riemenfabrikat: Fa. Siegling Extremultus (TB16-1 ff.).) Berechnung und Dimensionierung.1) Motordrehzahl n i ,15min n M 3175min 1.) Wahl des Motors gewählt: n M n1 3000min nach DIN 4673 T1: Drehstrootor 160M mit P 15kW TB16-1(vgl. Fußnote 3) i n n M ) Wahl des kleinen Scheibendurchmessers getriebene Scheibe P n 15kW min ,0015kW min gewählt 0,0016kW min d 90 TB Varianten nach Normzahlen R0 (DIN 33): a) d a 90 TB1-16 b) d b 100 c) d c 11

5 Riementrieb 4.4) Wahl des großen Scheibendurchmessers treibende Scheibe d i 1 d d 1 i bzw. n i n1 d 10 a) d 1 a gewählt d1 a TB1-16 i a ,5 n a 3,5 3000min min 10 b) d 1 b gewählt d1 b TB1-16 i b ,55 n b 3, min min 10 c) d 1 c gewählt d1 c TB1-16 i c ,57 n c 3, min min.5) Berechnung der Riemenlänge π L e + ( d + d ) 1 + ( d d ) 4e 1 e Var L L e + a) 55 + ( ) ( ) π L a ( ) gewählt La 1600 ea TB1-16 b) 55 + ( ) ( ) π L b ( ) gewählt Lb 1800 eb TB1-16 c) 55 + ( ) ( ) π L c ( ) gewählt Lc 1800 ec TB1-16

6 Riementrieb 5.6) Berechnung des erforderlichen Verstellweges e e % L 100% ( ),5% % 1600 a) e( ) 4 e( + ) % 100% 48 e a ( ),5% % 1800 b) e( ) 7 e( + ) % 100% 54 e b ( ),5% % 1800 c) e( ) 7 e( + ) % 100% 54 e c ) Ermittlung des resultierenden Umschlingungswinkels an der kleinen Scheibe β d arccos 1 d e a) β a arccos b) β b arccos c) β c arccos ) Bestiung der maximalen spezifischen Umfangskraft Auswahl des Riementyps N a) F ta 9,5 Typ10 TB16-8 N b) F tb 10,5 Typ10 N c) F tc 11,5 Typ10

7 Riementrieb 6.9) Ermittlung der Riemenbreite v π d n F t K A P v nenn Ft b F t K A 1,4 TB3-5b P norm P 15 kw 15000W m 1, Nm s a) v a π 0,09m 49,48 Fta 44N 60s s 49,48m s 44N b a 45 gewählt ba 50 9,5N TB16-9b m 1, Nm s b) v b π 0,1 m 55,76 Ftb 377N 60s s 55,76m s 377N b b 36 gewählt bb 40 10,5N TB16-9b m 1, Nm s c) v c π 0,11m 6,83 Ftc 334N 60s s 6,83m s 334N b c 9 gewählt bc 50, da Bmin c 63 11,5 N ( d 11) TB16-9a, b.10) Auswahl der Variante Berechnung des genauen Achsabstandes gewählt: Variante a), weil gefordertem Übersetzungsverhältnis am nächsten, sowie außerdem kleinste Abmessungen und damit - minimaler Materialaufwand (für die Riemenscheiben) - geringster Platzbedarf - niedrigste Umfangsgeschwindigkeit (des Riemens) Riemen gewählt: Mehrschichtflachriemen Extremultus 80 LT 10 TB16-6a, b b 50 ; B 63 ; t, ; L 1600 m v 49,48 v max 60 s < m s TB16-1 La π e 4 8 π 8 a ( d + d ) + ( d + d ) 1a 1600 π e 4 8 e 468, 404 a L 4 1a a ( d d ) π 8 1a 8 a ( ) + ( ) ( ) 8

8 Riementrieb 7 Zusaenfassung 1.) Gewählte Konstruktionselemente Riemen: Mehrschichtflachriemen Extremultus 80 LT 10 (Breite 50, Dicke,, Länge 1600), aus einem Polyamid-Chromleder-Verbund gefertigt Riemenscheibe Antrieb: Aluminiumguss geringer Drehmasse, Durchmesser 315, Breite 63, mit gewölbter Lauffläche nach DIN 111 Riemenscheibe Frässpindel: Aluminium-Vollscheibe, Durchmesser 90, Breite 63, Lauffläche gewölbt nach DIN 111 und mit Laufrillen versehen Antriebsmotor: Drehstrootor 160M, 3000U/min, 15kW nach DIN 4673 T1 mit Wellenende Durchmesser 4, 110 lang Motoraufhängung: einachsig schwenkbar gelagerte Grundplatte, die eine Verstellung des Achsabstandes von 5 bis + 50 ermöglicht Schutzabdeckung: Blechverkleidung, die sowohl den Innenraum der Maschine, als auch den Riementrieb oberhalb des Frästisches vollständig einschließt

9 Riementrieb 8.) Diskussion Die vorliegende Lösung kann die Vorgabewerte aus der Aufgabenstellung nur teilweise erfüllen, da einerseits die geforderte Übersetzung von i 3, 15 zu einer nicht erhältlichen Motordrehzahl (ungeregelter Drehstrootor) geführt hätte und andererseits die Durchmesser der Riemenscheiben nach Normzahlreihe R0 auszuwählen waren, sodass auch die tatsächliche Spindeldrehzahl knapp über dem gewünschten Wert von ist jedoch für den Betrieb der Tischfräse ohnehin von untergeordneter Bedeutung, da sich durch n min liegt. Die genaue Einhaltung dieser beiden Werte elektromagnetischen und mechanischen Schlupf bei Belastung niedrigere Werte einstellen. So wurde das Augenmerk nach der rechnerischen Festlegung der Hauptabmessungen des Riementriebes verstärkt auf die konstruktive Gestaltung der Gesamtanordnung gerichtet. Dabei haben wir die funktionalen Einzelteile, außer die Antriebs-Riemenscheibe, soweit als möglich nur in vereinfachter, prinzipieller Form dargestellt. Sie sollen später vom Konstrukteur einer endgültigen, detaillierten Formgebung unterzogen werden. Besondere Aufmerksamkeit kam bei der Realisierung dem Prinzip der Verstellmöglichkeit des Achsabstandes zu. Wir entschieden uns, die Motoraufhängung schwenkbar zu gestalten und zwar so, dass die Schwenkachse parallel zur Motor- bzw. Spindelachse verläuft. Somit ist eine exakte Achsparallelität der beiden Riemenscheiben sicher gewährleistet, ohne dass etwa eine aufwendige Linearführung notwendig wäre. Den Nachteil, dass der Verstellweg nun nicht mehr genau in Richtung des Achsabstandes verläuft, konnten wir dadurch ausgleichen, dass die Schwenkachse der Aufhängung soweit nach oben verlagert wurde, bis die Achsabstandsgerade nahezu tangential am Schwenkkreis der Motorachse anlag. Damit wurde gleichzeitig der erforderliche Schwenkwinkel minimiert. Da sich die Feststellung der Aufhängung unmittelbar in der Nähe und annähernd in der Ebene des Riemenzugkraft-Angriffs befindet, genügt bereits eine einzige Kleschraube, um den Motor in der gewüschten Position zu halten. Weil wir die Forderung nach einer Schutzabdeckung von Beginn an in unsere Überlegungen einbezogen, war es nur folgerichtig, die gesamte Maschine schlussendlich mit Blech oder Kunststoff einzukleiden. Zu diesem Zweck wurde der Riementrieb soweit in das Gehäuse hineinverlagert, bis keines seiner Teile mehr aus dem Maschinengrundrahmen herausragte. Dazu musste auch der Frästisch im Bereich des Riemens ausgespart werden. Über dieser Aussparung bzw. der Riemenscheibe auf der Frässpindel befindet sich nun eine Haube, die die Scheibe nach allen Seiten abdeckt und auf der Rückseite mit der übrigen Maschinenverkleidung verbunden ist. Somit sind alle bewegten Teile der Antriebseinheit vollständig von außen unzugänglich untergebracht.

10 Riementrieb 9 Technische Zeichnungen

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15 Riementrieb 14 Anhang 1.) Literaturverzeichnis Roloff / Matek: Maschinenelemente Normung, Berechnung, Gestaltung 15., durchgesehene Auflage Vieweg Verlagsgesellschaft 001 Abk.: LB Roloff / Matek: Maschinenelemente Tabellen 15., durchgesehene Auflage Vieweg Verlagsgesellschaft 001 Abk.: TB Tabellenbuch Metall 41. neubearbeitete und erweiterte Auflage Verlag Europa-Lehrmittel 1999

16 Riementrieb 15.) Softwarenachweis CAD-Software: Parametric Technology Corporation Pro/ENGINEER Student Edition Version 001 Textverarbeitung: Microsoft Corporation Microsoft Word Versionen 97 SR-, 000 PDF-Generator: Adobe Systems Incorporated Adobe Acrobat Version 4.0 CD-Brennsoftware: CEQuadrat GmbH WinOnCD Version 3.70 (000)