Peter Saat Projektaufgaben Konstruktion
Peter Saat Projektaufgaben Konstruktion Arbeitsheft zum Komplexbeispiel Getriebewelle Mit 40 Abbildungen II Vl8weg
Aile Rechte vorbehalten Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbh, BraunschweiglWiesbaden, 1996 Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Bertelsmann Fachinformation GmbH. Das Werk einschlieblich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt. Jede Verwertung auberhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Veri ages unzulassig und strafbar. Das gilt insbesondere fiir Vervielfaltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Gedruckt auf saurefreiem Papier ISBN-13: 978-3-528-03824-3 e-isbn-13: 978-3-322-89911-8 DOl: 10.1007/978-3-322-89911-8
Vorwort v Es gibt ein Video mit dem bezeichnenden Titel "Wer konstruiert radiert". Diese Seite des Konstruierens wird bei den meisten Berechnungsbeispielen in der Fachliteratur kaum beachtet. Die Berechnungen werden als stimmig dargestellt und relativ problemlos gelangt man zu den Ergebnissen. Das ist in diesem Buch nicht der Fall, sondem das Konstruieren wird als Problemfall behandelt. Anhand einer beispielhaften Projektaufgabe - eine Welle soli berechnet werden - wird der Versuch unternommen, die Vemetzung der Berechnungen und den oft muhseligen Weg bis zum Ziel an einem fur den Lemenden noch uberschaubaren Sachverhalt zu zeigen. Dabei kann der Weg allein oder im Team gegangen werden. Wird die Verstandlichkeit der Darstellung durch fehlendes Wissen behindert, ermoglicht die Gestaltung des Buches, die Wissenslucken zu schlieben. Das Tempo der Aneignung bestimmt also der Lemende selbst. Es ist abhangig yom Wissensstand und eventueller Fuhrung. Dem Autor ist klar, dab andere Varianten oft schneller und problemloser zum Ziel fuhren konnen, aber da sich dieses Buch in erster Linie an Lemende wendet, haben didaktische Uberlegungen eine bedeutende Rolle gespielt; denn die Entscheidung fur den optimalen Ablauf des Konstruierens setzt Erfahrungen, Ubersicht und fundiertes Wissen voraus. So zeigt dieses Buch nicht den schnellsten, den besten Weg, sondem es sind bewubt Umwege eingebaut worden, damit der Lernende mit bestimmten Problemen konfrontiert wird, wie sie die Praxis bieten kann. Das Buch wendet sich aber auch an Lehrende; deshalb hom der Autor, dab es gelungen ist, ein akzeptables Arbeitsmittel anzubieten. In diesem Zusammenhang soli noch einmal betont werden, dab es urn den We g bei der Berechnung einer Welle geht. Also nicht die perfekt konstruierte Welle ist das Ziel der Darlegung, sondem es wird gezeigt, wie sich die verschiedenen Sachverhalte gegenseitig bedingen. Das Ziel dieses Buches ist bereits erreicht, wenn auch nur Teile des Buches das Lehren erleichtem konnen auf dem Weg zum "ganzheitlichen Lemen" und "vemetztem Denken". Urn die Einheitlichkeit und Ubersichtlichkeit der Gedankenfiihrung zu gewahrleisten, ist wenig Literatur angefuhrt, obwohl sehr verschiedene Stoffgebiete behandelt werden. Allerdings wird damit der Nachteil in Kauf genommen, dab auf gu.nstigere Losungswege manchmal nicht hingewiesen werden kann. Mein Dank gilt allen, die mir half en, dieses Buch zu schreiben. An erster Stelle danke ich Herrn Dipl.-Ing.(FH) Karl-Heinz Hoffinann; er fertigte schnell und zuverlassig alle notwendigen Zeichnungen an. Herr Dipl.-Ing.(FH) Gerd Kebschull, ein vielseitiger und bewahrter Autor im Bereich der Datenverarbeitung, beriet mich bei allen Fragen der datentechnischen Gestaltung. Ich bedanke mich auberdem fur die Bereitstellung der Software DIC-CAD. Mit diesem Programm sind alle Zeichnungen erstellt worden. Sicher war auch mancher Kollege, der mich in meinen Berufsleben begleitete, direkt oder indirekt an der Entstehung des Buches beteiligt. Von besonderer Bedeutung fur die hier vorliegende Darlegung war auch der Umstand, dab viele Studenten bzw. Schuler im Unterricht ihre Probleme formulierten. Damit kam die "Praxis" unmittelbar zu Wort.
VI Vorwort Der Vieweg Verlag unterstutzte mich in dankenswerter W e i besonders s e ~ aber gilt mein Dank dem technischen Redakteur Herrn Kiihn von Burgsdorff. Er uberwachte die notwendigen Korrekturen des Manuskriptes. Fur konstruktive Kritik, Anregungen und Hinweise, die der Weiterentwicklung des Buches dienen konnen, bin ich dankbar. Osnabrock, im Februar 1996 PeterSaat
Inhaltsverzeichnis VII 1 Vorbemerkungen... 1 1.1 Arbeiten mit dem Buch.............................................. 1 1.2 Einleitung........................................................ 4 1.3 Voraussetzungen... 6 2 Problemstellung... 7 3 KenngroBen... 12 3.1 Hauptabmessungen... 12 3.2 Drehmomente... 14 3.2.1 Nenndrehmoment der Antriebsmaschine............................... 14 3.2.2 Drehmoment am Antrieb, das der Berechnung zu Grunde gelegt wird......... 14 3.2.3 Drehmoment an der Welle I bei Nabenbefestigung von Zl... 15 3.2.4 Drehmoment, das Ritzel Zl abgibt... 15 3.2.5 Drehmoment an der Welle II bei Nabenbefestigung von Z2........... 15 3.2.6 Drehmoment, das Ritzel Z3 abgibt... 15 3.2.7 Drehmoment an der Welle III bei Nabenbefestigung von Z4................. 16 3.2.8 Drehmoment am Abtriebswellenstumpf................................ 16 3.3 Vorausbestimmung des Wellendurchmessers der Welle II.................. 19 3.3.1 Werkstoffe.................................................... 19 3.3.2 zulassige Spannungen............................................. 19 3.3.3 erforderlicher Wellendurchmesser.................................... 20 4 Riementrieb..................................................... 21 4.1 Vorbemerkungen... 21 4.2 Riemenauswahl... 21 5 Bestimmung der geradverzahnten Zahnrader................. 24 5.1 Zahnradwerkstoffe... 24 5.2 Bestimmung des erforderlichen Moduls................................ 24 5.2.1 auf Grund der Biegung............................................ 26 5.2.2 auf Grund der Flankenpressung...................................... 26 5.3 Festlegung des Moduls und der Zahnbreite............................. 27 5.4 Abmessungen der Stirnrader........................................ 28 5.5 Achsabstand... 29 5.6 Exakter Nachweis der Verzahnungen... 30 5.6.1 Biegung... 30 5.6.2 bei Flankenpressung... 33 5.7 Uberdeckungsgrad... 35 5.8 Diskussion der Keilriemenauswahl... 36
VIII Inhaltsverzeichnis 6 Grobentwurf der Welle II... 37 6.1 Wirkende Belastungen... 37 6.1.1 Krafte am Rad Z2.......................................... 38 6.1.2 Krafte am Rad Z3.......................................... 38 6.1.3 Teilmomente und resultierendes Moment... 40 6.1.4 Vergleichsmomente... 41 6.2 Nachweis der Stellen 2 und 3... 42 6.2.1 Durchmesserentwurffur PaBfederverbindung... 43 6.2.2 Durchmesserentwurffur Keilwelle... 47 6.2.3 Durchmesserentwurffur Schrumpfverbindung........................... 47 7 Wilzlagerauswahl... 49 8 Welle-Nabe-Verbindungen... 54 8.1 PaBfederverbindung... 54 8.2 Keilwelle....................................................... 55 8.3 Schrumpfverbindung... 56 8.4 Kegel-Spannelemente... 61 8.5 Diskussion... 63 9 Kupplungsauswahl... 66 10 Entwurf der Welle II... 68 10.1 Gestaltung der Welle II... 68 10.2 Verformung der Welle............................................. 74 10.3 Kritische Drehzahl................................................ 76 11 Fertigungsdaten der Welle II... 78 11.1 Schnittkraftberechnung... 78 11.2 Erforderliche Motorleistung der Werkzeugmaschine... 80 11.3 Fertigungsablauf... 81 12 Zusammenfassung............................................. 82 13 Ausblick... 84 14 Losungen... 85
Inhaltsverzeichnis IX 15 Anlagen... 108 16 Literaturverzeichnis... 112 17 Verwendete Symbole... 113 Sachwortverzeichnis............................................... 117