Maschinenelemente 2 / M/ OAT Wintersemester 2016/17 - Konstruktion einer Sicherheitsbremse und eines 2stufigen Getriebes

Transkript

1 Maschinenelemente 2 / M/ OAT Wintersemester 2016/17 Konstruktion einer Sicherheitsbremse und eines 2stufigen Getriebes Dozenten: Dipl.Ing. Garby WarmbierPetong / Dipl.Ing. Hans Thüring Name Vorname Matrikelnummer Unterschrift Anteil 1. Terminübersicht und Testate Woche Mo. bis Fr bis Vorlage bzw. Abgabe in KW Aufgabenteil 38. Vorlesungsbeginn (Ausgabe der Aufgabe) bis Ausgabe der Aufgabe bis (Mo Feiertag) Ideenskizzen und Vorentwurf bis bis bis Kräfte, Momente, überschlägige Berechnung Wellendurchmesser, Lamellengröße und Vorauswahl Federn 4.3 Entwurf und Berechnung der WNV und thermische Überprüfung der Lamellengrößen 4.4 Fertigungszeichnung der Kupplungsglocke und der nabe in CAD, Konstruktionsbeschreibung Testat bis Abgabe Konstruktion Bremse und 44. Besprechung der neuen Aufgabe bis Interdisziplinäre Woche 46. Interdisziplinäre Woche bis Ideenskizzen, überschlägige Berechnungen, 47. Kräfte, Momente, WellenØ, bis Zahnräder, Profilverschiebung und 48. Achsabstände, Zahnradgeometrie bis Kräfte und Biegemoment zeichnerische 49. Darstellung, Zahnfestigkeit; Entwurf bis Auswahl Motor und Kupplung; Berechnungen 50. der Wälzlager, WNV und Wirkungsgrad; Fertigungszeichnungen der Gehäusehälften bis Zusammenbauzeichnung und Stückliste, 51. Konstruktionsbeschreibung Letzter Termin der Abgabe Montag der

2 2. Aufgabenkurzbeschreibung Mit Hilfe eines Transportaufzuges werden Ladungsträger (z. B. Gitterbox) über mehrere Etagen befördert, wie sie es bereits in Aufgabe 2 in ME1 kennengelernt haben. Das Grundprinzip des Aufzuges ist in Abb.1 dargestellt. Die Antriebseinheit in Abb.3 besteht aus einem Elektromotor, der über ein Verteilergetriebe zwei Kettenräder antreibt und mit einer Halte und Sicherheitsbremse ausgestattet ist. Gegenstand der Aufgabe ist die Konstruktion einer Halte und Sicherheitsbremse, sowie eines 2stufigen Getriebes. Abb. 1: Transportaufzug 2.1 Sicherheitsbremse Für den Transportaufzug ist eine federbelastete und elektromagnetisch zu lösende Bremse zu konstruieren. Halte bzw. Sicherheitsbremsen haben die Funktion, bewegte Massen oder Lasten aus der Bewegung abzubremsen bzw. im Stillstand sicher zu halten. Das Bremsmoment wird über vorgespannte Federn erzeugt. Die Bremse dient als Halte und Sicherheitsbremse, siehe Abb. 2, die bei Stromausfall die Last innerhalb von 2 Sekunden zum Stillstand bringen muss. Gegenstand der Aufgabe ist es, die Halte und Sicherheitsbremse zu konstruieren. Abb. 2: Prinzipskizze Sicherheitsbremse (elektromagnetisch) 2

3 2.2 Getriebe 2stufig Für den Antrieb des Transportaufzuges soll ein 2stufiges Getriebe in Parallelausführung konstruiert werden. Wie in der Prinzipskizze Abb.3 dargestellt, erfolgt der Antrieb mit dem Elektromotor über eine Klauenkupplung auf die Eingangswelle, sowie auf das Zahnrad Z1. Der Abtrieb erfolgt über die Zahnräder Z4 rechts und Z4 links auf die Ausgangswellen des Getriebes. Die Eingangsstufe ist geradverzahnt und die Ausgangsstufe schrägverzahnt. Die Übersetzung ist über die Zwischenwelle realisiert. Bei der Erarbeitung der Konstruktion soll eine kompakte und gewichtsoptimierte Bauweise angestrebt werden und ein Normachsabstand, sowie ein Normmodul vorgesehen werden. Abb. 3: Prinzipskizze Antriebseinheit 3. Bedingungen der Konstruktion Das Drehmoment wird über Passfederverbindungen übertragen. Es dürfen keine Übermaßpassungen zur Zahnradbefestigung verwendet werden. Die Einzelteile müssen durch übliche Fertigungsverfahren wie z.b. durch Drehen, Fräsen, Bohren o. ä. aus Halbzeugen gefertigt werden. Stoffschlüssige Verbindungen sind, mit Ausnahme des Getriebegehäuses, nicht zulässig. Die Lageranordnung ist als Fest und Loslagerung auszulegen Das Gehäuse soll als Schweißkonstruktion für eine Tauchschmierung ausgelegt werden. Weichen sie nicht vom dargestellten Prinzip ab. 3

4 4. Aufgabenstellung Bremse 4.1 Zu KW 40: Erstellen Sie zwei Handskizzen als Alternativlösungen und ein Lösungskonzept in Bleistift zur Anordnung aller Bauteile (Lager, Sicherungselemente und Federn) und benennen Sie Vor und Nachteile. 4.2 u KW 41: Berechnen Sie alle notwendigen Kräfte und Momente, die auf die Welle wirken. Bestimmen Sie überschlägig den Wellendurchmesser und die Bremsscheibengröße. Treffen Sie eine Auswahl der Federn bzgl. Federrate Anzahl und Einbauraum. 4.3 Zu KW 42: Erstellen Sie einen proportionsgetreuen Entwurf, in den Sie die ermittelten Dimensionen einfließen lassen. Prüfen Sie die Scheibengröße über Temperatur, relative Reibleistung und Flächenpressung. Legen Sie die Welle NabeVerbindung (WNV) aus und überprüfen Sie ihre Federauswahl. 4.4 Zu KW 43: Erstellen Sie eine Fertigungszeichnung der Bremsglocke und nabe in CAD. Ergänzen Sie Ihre Konstruktion mit stichpunktartigen Begründungen. Aufgabenstellung 2stufiges Getriebe 4.5 Zu 47. KW: Erstellen Sie mindestens ein Lösungskonzept und eine Alternativlösung in Bleistift zur Anordnung aller Bauteile und benennen Sie Vor und Nachteile für ihre beiden unterschiedlichen Lösungen. Berechnen Sie alle noch notwendigen Kräfte und Momente die auf die Zwischenwelle wirken und bestimmen Sie überschlägig diesen Wellendurchmesser. Überprüfen Sie die Zwischenwelle auf Durchbiegung und biegekritische Drehzahl um den Mindestdurchmesser festzulegen. 4.6 Zu 48. KW: Führen Sie die Vorberechnung für die Zahnräder und Achsabstände durch. Ermitteln Sie die Zahnradgeometrien mit der entsprechenden Profilverschiebung. Erstellen Sie einen ersten Entwurf in dem Sie die ermittelten Dimensionen einfließen lassen. 4.7 Zu 49. KW: Stellen Sie die Kräfte und Momentenverläufe grafisch dar und weisen Sie die Zahnfußtragfähigkeit und die Grübchentragfähigkeit nach. Entwickeln Sie den Entwurf weiter. 4.8 Zu 50. KW: Führen Sie den Festigkeitsnachweis für die Zwischenwelle durch. Passen Sie ihren Entwurf den neuen Dimensionen maßstabsgetreu an. Erstellen Sie eine Fertigungszeichnung der Zwischenwelle und des Zahnrades Z3 mit einem CADSystem an. 4.9 Zu 51. KW: Treffen Sie eine Wälzlagerauswahl und überprüfen Sie die Lebensdauer der gewählten Wälzlager. Legen Sie die WelleNabeVerbindung des Zahnrades aus und bestimmen Sie den Wirkungsgrad des Getriebes. Erstellen Sie eine Fertigungszeichnung des Gehäuses und eine Zusammenbauzeichnung mit Stückliste in CAD. Wählen Sie eine passende Klauenkupplung und einen Elektromotor aus. Ergänzen Sie Ihre Konstruktion mit stichpunktartigen Begründungen. 4

5 5. Daten zum Entwurf Folgende Werte werden in Absprache mit dem Übungsbetreuer für die Arbeitsgruppe von je 2 Studierenden festgelegt. Letzte Ziffer der Matrikelnummer Leistung am Kettenrad P [KW] Übersetzung Kettentrieb ik [] Drehzahl am Kettenrad nk [min 1 ] der Welleneinheit für die Treibräder ,2 2,7 3,0 3,4 4,0 4,3 5,0 5,4 6,0 6, ,9 Der Anwendungsfaktor KA ist in den oben angegebenen Daten bereits enthalten und braucht in den Aufgaben nicht weiter berücksichtigt werden. Tabelle 1 Die Aufgabe ist schrittweise in Abstimmung mit dem Übungsbetreuer und dem Terminplan, siehe Deckblatt der Aufgabenstellung, abzuarbeiten. Alle vorgenannten Berechnungen, Skizzen, Zeichnungen und Texte sind eigenständig anzufertigen und in Papierform auf hochformatiger DIN A4 Größe (größere Zeichnungen sind auf DIN A4 normgerecht zu falten) in einem Klemmordner abzugeben. 5