Prof. Dr. G. Knauer Dipl.-Ing. W. Wieser

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1 Fachhochschule München Fachbereich 03 Maschinenbau Prof. Dr. G. Knauer Dipl.-Ing. W. Wieser Teil II: Berechnungen Die Skizze zeigt eine Seiltrommel. 1 Die Seiltrommel (2) wird über das Zahnrad (1) angetrieben. Das Zahnrad (1) ist mit der Seiltrommel (2) verschraubt. An der Seiltrommel (2) greift die rein schwellend wirkende Seilkraft F S an. Die Seiltrommel (2) ist über die Gleitlager (4a) und (4b) auf der feststehenden Achse (3) gelagert. Die Achse (3) ist mit Hilfe von Achshaltern 420 drehfest mit den Lagerböcken (5a) und (5b) verbunden. Die 380 geschweißten Lagerböcke (5a) 360 und (5b) sind mit der Grundplatte verschraubt F Zy F Zz F S A y z x B 5a 4a 3 4b 5b Bild 1 F S 60 Schnitt A-B: Bild 2

2 Kräfte und Momente (20 Punkte) Die auf die Achse (3) wirkenden Lasten in der xz-ebene sind zu berechnen. Antriebsdrehmoment (rein schwellend) T an = 715 Nm Anwendungsfaktor K A = 1,0 Maßangaben siehe Bilder 1 und Die Umfangskraft am Zahnrad F Zz und die Seilkraft F S sowie die Komponenten der Seilkraft F Sy in der xy- und F Sz in der xz-ebene. 6.2 Die in den Gleitlagern (4a) und (4b) von der Seiltrommel (2) auf die Achse (3) übertragenen Kräfte in der xz-ebene. 6.3 Der qualitative Biegemomentenverlauf in der Achse (3) in der xz-ebene. Benutzen Sie dazu das Arbeitsblatt 1 auf Seite 9!

3 Festigkeitsberechnung (36 Punkte) Die Festigkeit der Achse (3) am Absatz der Lagerung (4b) ist nachzuprüfen Bild 3 Biegemoment im gefährdeten Querschnitt M b = 330 Nm rein schwellend Anwendungsfaktor K A = 1,0 Wellenwerkstoff C 45 E vergütet Oberflächenrauheit im Bereich des Absatzes R z = 3,2 µm Konstruktionsfaktor K σ = 2,5 Maßangaben siehe Bild Der Überlastungsfall (Begründung!), die Biegespannung σ b sowie die Biegemittel- und Biegeausschlagspannung σ bm und σ ba. 7.2 Die Gestalt-Ausschlagfestigkeit σ GA. 7.3 Der erforderliche Kerbradius r für eine Sicherheit gegen Dauerfestigkeit s D = 1,5, wenn keine zusätzliche Oberflächenverfestigung vorgenommen wird (K V = 1,0).

4 Schweißnahtberechnung (20 Punkte) Die umlaufende Schweißnaht am Lagerbock (5b) ist zu überprüfen. F Q y F L a6 100 x z 20 Bild 4 55 Querkraft F Q = N rein schwellend Längskraft F L = N rein schwellend Anwendungsfaktor K A = 1,0 Maßangaben siehe Bild Die in der Schweißnaht auftretende Biegespannung σ b. 8.2 Ein geeigneter Werkstoff, wenn die Schweißnaht unbearbeitet und ungeprüft sein soll und nur die Biegespannung berücksichtigt wird. 8.3 Durch schrägen Zug des Seiles wird die Seiltrommel zusätzlich in axialer Richtung (x-richtung) belastet. Diese Belastung führt zu einer Zusatzkraft F zus im Mittelpunkt der Lagerbohrung im Lagerbock (5b). Wie groß darf F zus maximal werden, damit die Schweißnaht mit dem unter 8.2 gewählten Werkstoff noch sicher hält?

5 Schraubenberechnung (26 Punkte) Die Schraubverbindung zwischen Lagerbock (5b) und der Grundplatte ist nachzurechnen. Auf die gesamte Verbindung wirkende Querkraft F Q = N rein schwellend Gesamtzahl der Schrauben z = 4 Anziehfaktor k A = 1,6 Setzbetrag f z = 0,005 mm Nachgiebigkeit der Schraube (Montagezustand) δ S = 4, mm/n Nachgiebigkeit der verspannten Teile (Montagezustand) δ T = 9, mm/n Krafteinleitungsfaktor n = 0,5 Reibungszahl zwischen Lagerbock und Grundplatte µ = 0,1 Gesamtreibungszahl (Gewinde und Kopfauflage) µ ges = 0,12 Schraubenbezeichnung Sechskantschraube ISO M10x Die erforderliche Mindestklemmkraft F Kl je Schraube. 9.2 Die höchste zulässige Betriebskraft F B je Schraube, wenn eine Sechskantschraube ISO M10x gewählt wird und die Mindestklemmkraft nach 9.1 eingehalten wird. 9.3 Die Nachgiebigkeiten von Schraube und verspannten Teilen im Betriebszustand δ S ' und δ T ' sowie das Verspannungsschaubild der Schraube nach 9.2 für den Betriebszustand. Tragen Sie die Klemmkraft F Kl, die Betriebskraft F B sowie die maximale Schraubenkraft F S max ein. Benutzen Sie das Arbeitsblatt 2 auf Seite 10! V I E L E R F O L G!

6 - 6 - Name: Arbeitsblatt 1 Zu Aufgabe 6.3 M b 5a 4a 4b 5b

7 Zu Aufgabe 9.3 Arbeitsblatt 2 Name: 35 Kraft F in kn ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 Verformungen f in mm