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 01/02 Die Aufgabe umfaßt 6 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 Die untenstehende Skizze zeigt den Antriebsstrang eines Pkw mit Heckantrieb und längs eingebautem Motor Trilokwandler Verbrennungsmotor 5-Gang- Automatikgetriebe Achsgetriebe Automatikgetriebe: 5 Vorwärtsgänge + 1 Rückwärtsgang, 3 Planetenradsätze (Aufbau siehe Arbeitsblatt 6.1) Achsgetriebe: 1 Kegelradstufe

2 Antriebsplanung (32 Punkte) Der oben dargestellte Antriebsstrang ist auszulegen. Gegeben: Drehmoment-Drehzahlverlauf Arbeitsblatt 6.2 Fahrzeug-Gesamtmasse (voll beladen) m = kg Dynamischer Reifenradius r dyn = 0,316 m Wirkungsgrad aussenverzahntes Stirnrad gegen aussenverzahntes Stirnrad η SA = 0,985 Wirkungsgrad aussenverzahntes Stirnrad gegen innenverzahntes Stirnrad η SI = 0,995 Wirkungsgrad einer Kegelradstufe η K = 0,91 Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstranges im 5. Gang η 5 ges = 0,89 Rollwiderstandsbeiwert k R = 0,013 Stirnfläche A = 2,0 m 2 Luftwiderstandsbeiwert c w = 0,22 Übersetzung 1. Gang des Automatikgetriebes i 1 = 3,5 Spreizung des Automatikgetriebes i ges = 4,49 Das Automatikgetriebe ist als 4-Gang-Grundgetriebe mit den geometrisch gestuften Gängen aufgebaut. Der 4. Gang wird mit optimaler Überdeckung zwischen 3. und 5. Gang gelegt. Gesucht: 6.1 Der Stufensprung ϕ für das 4-Gang-Grundgetriebe und der Stufensprung ϕ' zwischen 3. und 4. bzw. 4. und 5. Gang 6.2 Die Übersetzungen i 2, i 3, i 4 und i 5 der Gänge 2, 3, 4 und Die im 1. Gang des Automatikgetriebes im Kraftfluß liegenden Radsätze und ihre Betriebsweise (siehe Arbeitsblatt 6.1!) 6.4 Tragen Sie den Kraftfluß für den 1. Gang in das Arbeitsblatt 6.1 ein. 6.5 Der Wirkungsgrad η 1 des Automatikgetriebes im 1. Gang und der Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstrages η 1 ges im 1. Gang 6.6 Das erforderliche Antriebsmoment T an erf an der Antriebsachse bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v = 230 km/h in der Ebene 6.7 Die Übersetzung des Achsgetriebes i A bei überdrehender Auslegung und i A ' bei unterdrehender Auslegung, wenn im 5. Gang bei v = 230 km/h ein Motordrehmoment T 1 = 185 Nm zur Verfügung stehen soll 6.8 Ist im 5. Gang bei überdrehender Auslegung eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit als v = 230 km/h in der Ebene erreichbar? Begründung!

3 Verzahnungsauslegung (28 Punkte) Die Verzahnungsgeometrie des Radsatzes 3 ist auszulegen (siehe Arbeitsblatt 7.1). Gegeben: Zähnezahl des Sonnenrades z S = 30 Normalmodul m n = 2,0 mm Herstell-Eingriffswinkel α n = 20 Schrägungskwinkel ß = 29 Gesucht: 7.1 Die Übersetzung des Radsatzes 3 durch grafische Ermittlung für die Betriebsweise Antrieb Sonnenrad, Abtrieb Steg, fest Hohlrad. Benutzen Sie dazu das Arbeitsblatt 7.1! 7.2 Die Standgetriebeübersetzung i 0 des Radsatzes 3 und die Zähnezahl des Hohlrades z H 7.3 Die Teilkreise von Hohlrad d H und Sonnenrad d S 7.4 Der erforderliche Teilkreis d P erf und die erforderliche Zähnezahl z P erf der Planetenräder, wenn keine Profilverschiebung vorgesehen wird 7.5 Der Betriebsachsabstand a zwischen Sonnenrad und Planetenrad 7.6 Der Null-Achsabstand a d zwischen Sonnenrad und Planetenrad, wenn die Zähnezahl des Planeten z P = 21 gewählt wird 7.7 Der Herstelleingriffswinkel im Stirnschnitt α t und die erforderliche Profilverschiebungssumme x 1 + x 2 für den Betriebs-Achsabstand a nach 7.5 der Paarung Sonnenrad-Planetenrad (Notfallwert a = 57 mm), wenn z P = 21 ausgeführt wird

4 Flankentragfähigkeit (30 Punkte) Die Flankentragfähigkeit von Sonnenrad und Planetenrädern des Radsatzes 3 ist zu berechnen Gegeben: Betriebsweise des Radsatzes 3 Antrieb Abtrieb Fest Sonnenrad Steg Hohlrad Drehmoment am Sonnenrad T S = 220 Nm Sonnenraddrehzahl n S = /min Zähnezahl des Sonnenrades z S = 30 Zähnezahl der Planetenräder z P = 21 Anzahl der Planeten p = 3 Zahnbreite von Sonnenrad und Planetenrädern b S =b P =b = 18 mm Normalmodul m n = 2,0 mm Schrägungswinkel ß = 29 Achsabstand a = 57 mm Anwendungsfaktor K AH = 0,65 Stirnfaktor K Hα = 1,0 Verzahnungsqualität 7 Zonenfaktor Z H = 2,06 Schmierstofffaktor Z L = 0,95 Geschwindigkeitsfaktor Z v = 1,01 Rauheitsfaktor Z R 0,96 (geschliffene Flanken) Profilüberdeckung ε α = 1,2 Sprungüberdeckung ε ß = 1,15 Sicherheit gegen Grübchenbildung s H min = 1,2 Dauerfeste Auslegung Gesucht: 8.1 Der Dynamikfaktor K v und der Breitenfaktor K Hß. 8.2 Der Grundwert der Flankenpressung σ H0 und die auftretende Flankenpressung σ H. 8.3 Die erforderliche Flankendauerfestigkeit σ H lim erf und ein geeigneter einsatzgehärteter Einsatzstahl (Sonnenrad und Planeten aus gleichem Werkstoff und mit gleicher Wärmebehandlung). 8.4 Sind die Verzahnungen bezüglich Flankentragfähigkeit noch dauerfest, wenn die Zahnflanken von Sonnenrad und Planetenrädern aus dem unter 8.4 gewählten Werkstoff aus Wirtschaftlichkeitsgründen nicht geschliffen, sondern mit einer Flankenrauheit von R z S = R z P = 15 µm geschabt werden (alle übrigen Größen bleiben unverändert!)? Nachweis! V I E L E R F O L G!

5 WK T P A B C D E F Arbeitsblatt 6.1 L Gang Kupplung Bremse A B C D E F R Radsatz 1 Radsatz 2 Radsatz 3 Name: - 7 -

6 Motormoment in Nm Drehmoment-Drehzahl-Diagramm Motor Arbeitsblatt Motordrehzahl in 1/min

7 - 9 - Arbeitsblatt 7.1 Name: Zu Aufgabe 7.1 Hohlrad Planetenrad Sonnenrad Steg Radsatz 3 Betriebsweise: Antrieb: Abtrieb: Fest: Sonnenrad Steg Hohlrad