Prof. Dr.-Ing. G. Knauer

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1 Fachhochschule München Fachbereich 03 Fahrzeugtechnik Prof. Dr.-Ing. G. Knauer Diplomhauptprüfung F a h r z e u g g e t r i e b e WS 02/03 Die Aufgabe umfaßt 7 Angabenblätter und 3 Arbeitsblätter. Überprüfen Sie die Vollständigkeit! Arbeitszeit: 90 Min. (Kurzfragen 20 Min., Berechnung 70 Min.) Rechenprogramme und Notebooks dürfen nicht verwendet werden! Alle übrigen eigenen Hilfsmittel sind zugelassen. Beantworten Sie die Kurzfragen bitte auf den Angabenblättern. Benutzen Sie ggf. die Rückseiten. Die Angabenblätter sind vollständig mit abzugeben Name (Druckschrift!) Vorname Semester Platz-Nr. Teil II: Berechnungen Das 4-Gang-Handschaltgetriebe (Hauptgetriebe) eines leichten Lkw wird mit einem 2-Gang-Getriebe, wahlweise als Vorschaltgetriebe in Vorgelegebauweise für ein fein gesplittetes Gesamtgetriebe (Skizze 1) oder als Nachschaltgetriebe in Planetenbauweise für ein Mehrbereichs-Gesamtgetriebe (Skizze 2) zu einem 8-Gang-Getriebe erweitert. Antrieb Getriebeeingang Antriebswelle *) Getriebeeingang Vorgelegewelle *) Skizze 1: Vorschaltgetriebe Getriebeausgang Abtriebswelle *) Achsgetriebe Skizze 2: Nachschaltgetriebe *) Hauptgetriebe

2 Antriebsplanung (39 Punkte) Die Zusatzgetriebe sind zu vergleichen. Gegeben: Motordaten: Max. Drehmoment M d max = 800 Nm bei n mot = /min Max. Leistung P max = 257 kw bei n mot = /min Max. Motordrehzahl n mot max = /min Drehmoment-Drehzahlverlauf des Motors Arbeitsblatt 6.2 Fahrzeugdaten: Fahrzeug-Gesamtmasse (voll beladen) m = kg Dynamischer Reifenradius r dyn = 0,34 m Rollwiderstandsbeiwert k R = 0,013 Luftwiderstandsbeiwert c w = 0,5 Stirnfläche A = 6 m 2 Theoretische Endgeschwindigkeit v max th = 122 km/h 4-Gang-Hauptgetriebe: 3-Wellen-Bauweise Geometrische Stufung Getriebespreizung i H = 3,6 Übersetzung des 4. Ganges (direkter Gang) i H 4 = 1,0 Gesamtgetriebe (Hauptgetriebe + Zusatzgetriebe): Gesamtgetriebe mit Vorschaltgetriebe = Feingesplittet Gesamtgetriebe mit Nachschaltgetriebe = Mehrbereichsgetriebe Übersetzung des Gesamtgetriebes im 8. Gang i G 8 = 1,0 Gesucht: 6.1 Der Stufensprung des Vorschaltgetriebes ϕ V und der Stufensprung des Nachschaltgetriebes ϕ N. 6.2 Die Übersetzungen des Vorschaltgetriebes i V 1 und i V Die Betriebsweisen des Nachschaltgetriebes im 1. und im 2. Gang. 6.4 Der Leistungsfluß im 1. und im 2. Gang des Nachschaltgetriebes (Tragen Sie die Leistungsflüsse mit entsprechender Kennzeichnung in die Skizze auf dem Arbeitsblatt 6.1 ein!). 6.5 Die Schaltelemente, die für das Nachschaltgetriebe erforderlich sind, um zwischen 1. und 2. Gang zu schalten (Tragen Sie die Schaltelemente in die Skizze auf dem Arbeitsblatt 6.1 ein!). 6.6 Die Übersetzungen des Nachschaltgetriebes i N 1 und i N Die erforderliche Achsgetriebeübersetzung i A, um im 8. Gang die theoretische Endgeschwindigkeit v max th zu erreichen. 6.8 Wird die theoretische Endgeschwindigkeit v max th in der Ebene tatsächlich erreicht? (Nachweis!)

3 Verzahnungsauslegung (31 Punkte) Die Verzahnung des 1. Ganges im Hauptgetriebe ist auf Unterschnitt zu untersuchen. Gegeben: Zähnezahl des Ritzels z 1 = 14 Zähnezahl des Rades z 2 = 40 Normalmodul m n = 4,5 mm Herstelleingriffswinkel α n = 20 Schrägungswinkel ß = 0 Gesucht: 7.1 Die Teilkreise von Ritzel und Rad d 1 und d 2 sowie der Nullachsabstand a d für geradverzahnte Räder (ß = 0 ). 7.2 Die Eingriffslinie, die Profilbezugslinie und die maßgebende Kopflinie des Herstellwerkzeuges für die Null-Verzahnung ohne Schrägungswinkel (ß = 0 ) (Benutzen Sie die Skizze auf dem Arbeitsblatt 7.1!). 7.3 Der grafische Nachweis, dass am Ritzel Unterschnitt vorliegt. (Nachweis anhand der Skizze auf den Arbeitsblatt 7.1!) 7.4 Der mindestens erforderliche Teilkreis des Ritzels d 1 min (grafische Ermittlung auf dem Arbeitsblatt 7.1!) und daraus die mindestens erforderliche Zähnezahl z 1 min, damit bei unverändertem Modul kein Unterschnitt mehr auftritt. 7.5 Die Grenzprofilverschiebung x 1 min zur Vermeidung von Unterschnitt, wenn die gegebene Ritzelzähnezahl (z 1 = 14) zugrunde gelegt wird (grafische Ermittlung auf dem Arbeitsblatt 7.1!). 7.6 Der erforderliche Eingriffswinkel α grenz zur Vermeidung von Unterschnitt ohne Profilverschiebung (x 1 = 0) (rechnerische Ermittlung!). 7.7 Der erforderliche Schrägungswinkel ß grenz zur Vermeidung von Unterschnitt ohne Profilverschiebung (x 1 = 0) (rechnerische Ermittlung!). 7.8 Die erforderliche Profilverschiebung, um mit einem Schrägungswinkel von ß = 15 Unterschnitt zu vermeiden (rechnerische Ermittlung!).

4 Grübchentragfähigkeit (36 Punkte) Die Grübchentragfähigkeit des 1. Ganges ist zu berechnen. Gegeben: Drehmoment am Ritzel T 1 = Nm Ritzeldrehzahl n 1 = /min Zähnezahl des Ritzels z 1 = 14 Zähnezahl des Rades z 2 = 40 Gemeinsame Zahnbreite von Ritzel und Rad b = b 1 = b 2 = 30 mm Normalmodul m n = 4,5 mm Schrägungswinkel ß = 30 Anwendungsfaktor K AH = 0,85 Stirnfaktor K Hα = 1,0 Verzahnungsqualität 7 Zonenfaktor Z H = 2,13 Überdeckungsfaktor Z ε = 0,91 Schmierstoff-, Geschwindigkeitsund Rauheitseinfluss Z L Z v Z R = 0,94 Sicherheit gegen Grübchenbildung s H min = 1,1 Werkstoff 16 MnCr 5 E Gesucht: 8.1 Der Teilkreis des Ritzels d 1, die Umfangsgeschwindigkeit am Teilkreis v t sowie die Umfangskraft am Teilkreis F t. 8.2 Der Dynamikfaktor K v und der Breitenfaktor K Hß. 8.3 Der Grundwert der Flankenpressung σ H0 und die auftretende Flankenpressung σ H. 8.4 Die zu erwartende Lebensdauer N L in Lastwechsel, wenn keine Grübchenbildung zugelassen wird. 8.5 Die mindestens erforderliche Grübchen-Dauerfestigkeit σ H lim erf für eine Schadenswahrscheinlichkeit von 1%, wenn die Verzahnung dauerfest gegen Grübchenbildung sein soll. Um wieviel Prozent muss die Grübchen-Dauerfestigkeit des gegebenen Werkstoffes (16 MnCr 5 E) erhöht werden, um σ H lim erf zu erreichen? Durch welche Massnahme läßt sich die Erhöhung bei unverändertem Grundwerkstoff erreichen? V I E L E R F O L G!

5 - 5 - Arbeitsblatt 6.1 Name: Getriebeausgang Achsgetriebe

6 Arbeitsblatt Name: Leistung Drehmoment 250,0 230,0 210,0 190,0 170,0 150,0 130, , , ,0 0 50, Drehzahl 1/min Drehmoment Nm Leistung kw

7 - 7 - Arbeitsblatt 7.1 Name: Maßstab 4 : 1 d 1 O 1