Radial- und Axialbelastungen Motor und Getriebe

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Radial- und Axialbelastungen Motor und Getriebe"

Sarah Vogel
vor 7 Jahren
Abrufe

Radial- und Axialbelastungen Motor und Getriebe Versionshistorie Version Erstellungsdatum Änderung gegenüber Vorversion V1.0 06.03.2015 Ersterstellung V1.1 16.10.

1 Radial- und Axialbelastungen Motor und Getriebe Versionshistorie Version Erstellungsdatum Änderung gegenüber Vorversion V Ersterstellung V Erweiterung hinsichtlich nicht-linearer Mechaniken 1) Einleitung Bei bestimmten Antriebsauslegungen besteht die Notwendigkeit eine Prüfung der Radialoder Axialbelastungen vorzunehmen. Bild 1.1 zeigt die auf eine Getriebewelle einwirkenden Radial- und Axialkräfte einer Anwendung. DSD beinhaltet derzeit noch keine Prüfung von Radial- und Axialbelastungen. In Bild 1.2 / 1.3 befindet sich eine Übersicht der Lenze-Motor- und Getriebefamilien. Bild 1.1 Radial- und Axialkräfte an Motorwelle Bild 1.2: Übersicht Lenze-Motorfamilien Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 1

Flachriemenübersetzung Wickler, Ventilatoren, Kompressoren, Förderbänder) -

(Materialhandling) - Elektrohängebahnen - Exzenter- und Kurbelantriebe Bild 2.

2 Bild 1.3: Übersicht Lenze-Getriebefamilien 2) Typische Applikationen mit Radialbelastungen Folgende typ. Applikationen sind zu nennen: - Seiltrommel direkt auf Getriebewelle montiert (z. B. Hubwerke) - Omega-Riemenscheibe für Linearstrecke - Allgemeine Zahn-, Keil-, Flachriemenübersetzung (z. B. Wickler, Ventilatoren, Kompressoren, Förderbänder) - Kettenrad auf Getriebe- oder Motorwelle (z. B. Fördertechnik) - Zahnstangenmodul (Materialhandling) - Elektrohängebahnen - Exzenter- und Kurbelantriebe Bild 2.1: Zahnriemenübersetzung am Getriebe Bild 2.2: Omega-Riemenübersetzung mit. feststehendem Antrieb Bild 2.3: Riemenantrieb Zentrumswickler Bild 2.4: Traktionsantriebe Regalbediengerät Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 2

3 Bild 2.5: Seiltrommel Hubwerk an Getriebewelle Bild 2.6: Riemen-Positioniersystem Bild 2.7: Keilriemen-Transmission Ventilator für Gebäudeklimatisierung Bild 2.8: Umlaufende Tangentialkette für Rollenförderer mit Kettenrad an Getriebewelle Bild 2.9: Kurbelantrieb Bild 2.10: Elektrohängebahn Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 3

3) Typische Applikationen mit Axialbelastungen Bild 3.1: Rührwerk 4) Mechanische Aufbauprinzipien zur Kompensation von Radialbelastungen Bild 4.

1 dargestellten mechanischen Aufbau tritt keine Radialbelastung an der Getriebe-Abtriebswelle auf.

4 3) Typische Applikationen mit Axialbelastungen Bild 3.1: Rührwerk 4) Mechanische Aufbauprinzipien zur Kompensation von Radialbelastungen Bild 4.1: Exzenterheber mit symmetrisch aufgebautem Kettenvorgelege Bei dem in Bild 4.1 dargestellten mechanischen Aufbau tritt keine Radialbelastung an der Getriebe-Abtriebswelle auf. Die vom Kettenvorgelege aufgebrachten Kräfte wirken gleichermaßen in positiver und negativer X-Richtung und heben sich in Summe auf. Diese Form des Kettenvorgeleges findet sich häufig bei Exzenterhebern. Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 4

5 5) Ermittlung der Radial- / Axialbelastung Bild 5.1 beschreibt die Vorgehensweise zur Prüfung von Radial- und Axialkräften, die auf Getriebe- oder Motorwelle einwirken. Die Bilder 5.2 / 5.3 liefern noch weitere Informationen. Die zulässigen Grenzbelastungen sind den Getriebe- bzw. Motorkatalogen zu entnehmen. Konstruktion M, d d, X NOK Ermittlung Radial-/Axialkraft verstärkte Antriebskomponenten veränderte Konstruktion (Bild4.2) F R, F A, X OK Katalogdaten mit normaler/ verstärkter Lagerung Bild 5.1: Workflow Prüfung Radial- / Axialbelastung Riemenscheibe F v, d, ß F 2M t F Ft 1 F v 2 d 2 Ft F F 0 siehe Bild 4.3 v 2 Fr F1 ² F2² 2F1 F2 cosß Kettenrad d T, α Reibrad d Bild 5.2: Ermittlung Radial- / Axialbelastung Fr 2M d F1= Lasttrum F2= Leertrum Fv= Vorspannkraft Ft= Tangentialkraft aus zu übertragenden Drehmoment Fr= Radialkraft β = Umschlingwinkel Riemenscheibe/ Kettenrad d = Wirdurchmesser Riemenscheibe / Kettenrad M = zu übertragendes Drehmoment F r Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 5

6 M Antr F 1 ß F r d 1 d 2 F 2 F F 2 ² 2 F 2 1 ß 2 *(0,5 d d ) 2 c F r 1 ² 1 2 C F cos ß Bild 5.3: Ermittlung von Umschlingungswinkel β und Radialkraft F r für Riemen- und Kettenantriebe Auslegungsbeispiel zur Ermittlung der Radialkraft: Vorspannkraft F v = 1000 N Drehmoment M Antr = 50 Nm Durchmesser d 1 = 100 mm d 2 = 300 mm Abstand Kettenräder c = 270 mm F t = 2 50Nm 0,1m = 1000 N 1000 N 1000 N F 1 = 1000 N + = 1500 N F 2 2 = 1000 N = 500 N 2 ß = 2π (0,5 300mm 100mm ) = 2,4 rad = 137,6 2π 270mm F r = (1500N) 2 + (500N) N + 500N cos(137,6 ) = N Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 6

7 6) Verstärkte Lager für hohe Radial- / Axialbelastungen Bei folgende Getrieben und Motoren besteht die Möglichkeit einer verstärkten Lagerausführung mit erhöhten Werten. Bei allen nicht aufgeführten ist auf die nächstgrößere Antriebskomponente auszuweichen. Getriebe- Familien Verstärkte Lager GST GKS, g500-b GKR GFL, g500-s GST04 GST09 g500-h100 g500-h450 Nur als C-Type Nur als C-Type Nicht vorgesehen Motor - Familien MCA MH MD Verstärkte Lager Nur als C-Type Nur als C-Type Nur als C-Type Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 7

7) Auslegungsbeispiel Exzenterheber für Fördertechnik Per Simulation und DSD wurde ein Exzenterheber mit einem Getriebe GST 07-2M ausgelegt.

8 7) Auslegungsbeispiel Exzenterheber für Fördertechnik Per Simulation und DSD wurde ein Exzenterheber mit einem Getriebe GST 07-2M ausgelegt. Es ist eine ergänzend Prüfung der Radialbelastung des ausgewählten Getriebes durchzuführen. Getriebe: GST07-2M-VBR ; i= 32,267 Welle: 40 x 80 d=40 mm ; l = 80 mm Kettenritzel: 12 Zähne; d = 98,14 mm Abstand Ritzel-Wellenschulter (Bild 1.1) x = 46 mm Ergebnisse aus der DSD-Auslegung: M eq = 413 Nm M max = 600 Nm n av = 11,3 rpm n max = 77,6 rpm Bild 7.1: Exzenterheber mit Kettenvorgelege Berechnung Radialkraft maximale Radialkraft äquivalente Radialkraft F rad = 2 M d F radmax = 2 600Nm 0,09814m = N F radäqui = 2 413Nm 0,09814m = 8.416N Bestimmung zulässige Radialkraft gemäß Getriebekatalog: F rad,zul = min (f w f α F rad,max ; f w F rad,max bei n 2 50 r/min) Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 8

3: Zulässige Radialkräfte am Abtrieb mit Standardlagerung (Auszug aus GST-Getriebekatalog) Die max. zulässige Radialkraft darf laut Getriebekatalog 9500 N nicht überschreiten.

9 Bestimmung Lastangriffsbeiwert f w per Diagramm Getriebekatalog (siehe Bild 1.1). x = 46 mm; l = 80 mm x L = 0,575 f w =0,95 Bild 7.2 Lastangriffsbeiwert f w an der Abtriebswelle für GST , 2,3 ( GST-Getriebekatalog) Die mittlere Getriebe-Abtriebsdrehzahl beiträgt n av = 11,3 min -1. Auswahl Spalte n 16 Bild 7.3: Zulässige Radialkräfte am Abtrieb mit Standardlagerung (Auszug aus GST-Getriebekatalog) Die max. zulässige Radialkraft darf laut Getriebekatalog 9500 N nicht überschreiten. F rmax = 9500 N F rzul = 9500 N 0,95 = 9025 N F radäqui = 8416 N < F rzul = 9025 N F radmax = N > F rmax = 9500 N Ergebnis: Belastung ist nicht zulässig mit Standardlagerung Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 9

10 Auswahl Getriebe mit verstärkter Lagerung: Bild 7.4 Zulässige Radialkräfte am Abtrieb mit verstärkter Lagerung ( aus GST-Getriebekatalog) F rzul = N 0,95 = N F rzul > F radäqui = 8416 N Spitzenwert 12227N < F rmax Ergebnis: Belastung ist zulässig mit verstärkter Lagerung Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 10

8) Auslegungsbeispiel Kurbeltrieb Per Simulation und DSD wurde ein Kurbeltrieb mit einem Getriebe GKS06-3 ausgelegt. Die Radialkraft für die Getriebeabtriebswelle ist zu berechnen.

11 8) Auslegungsbeispiel Kurbeltrieb Per Simulation und DSD wurde ein Kurbeltrieb mit einem Getriebe GKS06-3 ausgelegt. Die Radialkraft für die Getriebeabtriebswelle ist zu berechnen. Der für die Berechnung anzusetzende Radius entspricht der Länge der Kurbel. Getriebe: GKS06-3M VAR 090C12; i= 44,471 Welle: 40 x 80 d=40 mm ; l = 80 mm Länge Kurbel -> Radius: r = 200 mm Abstand Kurbel-Wellenschulter: x = 35 mm Ergebnisse aus der DSD-Auslegung: M eq = 355 Nm M max = 469 Nm n av = 12,5 rpm n max = 27,8 rpm Bild 8.1: Kurbeltrieb Berechnung Radialkraft F rad = M r maximale Radialkraft F radmax = 469Nm 0,2m = 2345N äquivalente Radialkraft F radäqui = 355Nm 0,2m = 1775N Bestimmung zulässige Radialkraft gemäß Getriebekatalog für GKS: F rad,zul = min (f w f α F rad,max ; f w F rad,max bei n 2 16 r/min) Bestimmung Lastangriffsbeiwert f w per Diagramm Getriebekatalog (siehe Bild 1.1). x = 35 mm; l = 80 mm x L = 0,44 f w =1,03 Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 11

Bild 8.2 Lastangriffsbeiwert f w an der Abtriebswelle für GKS ( GKS-Getriebekatalog) Die mittlere Getriebe-Abtriebsdrehzahl beiträgt n av = 12,5 min -1. Auswahl Spalte n 16 Bild 8.

12 Bild 8.2 Lastangriffsbeiwert f w an der Abtriebswelle für GKS ( GKS-Getriebekatalog) Die mittlere Getriebe-Abtriebsdrehzahl beiträgt n av = 12,5 min -1. Auswahl Spalte n 16 Bild 8.3: Zulässige Radialkräfte am Abtrieb mit Standardlagerung (Auszug aus GKS-Getriebekatalog) Die max. zulässige Radialkraft darf laut Getriebekatalog 9000 N nicht überschreiten. F rmax = 9000 N F rzul = 9000 N 1,03 = 9270 N F radäqui = 1775 N < F rzul = 9270 N F radmax = 2345 N > F rmax = 9000 N Ergebnis: Belastung ist zulässig mit Standardlagerung Radial_Axialbelastungsprüfung_V1.1_ Autor: KH Weber, B. Obergöker, S. Driehaus 12

Ähnliche Dokumente

Transportwiderstand versus Hebelarm Rollreibung

Transportwiderstand versus Hebelarm Rollreibung 1) Einleitung Zur Ermittlung des stationären Drehmomentbedarfs einer Rollenapplikation (Rollenförderer; Fahrantrieb) gibt es mehrere Methoden. In diesem