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Konstruktionsentwurf 3Kegelradgetriebe
Martin Schuster | KO 05 | E051692KOFreizeiteinrichtungenJosef Wiegand GmbH & Co. KGD-36169 RasdorfTelefon (06651) 980-0Telefax (06651) 980-62E-mail: info@wiegandslide.deInternet: http://www.wiegandslide.com
Rasdorf, 07.12. 2007
Großer Eignungsnach-weis nach DIN 18800
Josef Wiegand GmbH & Co. KGD-36169 RasdorfTelefon (06651) 980-0Telefax (06651) 980-62E-mail: info@wiegandslide.deInternet: http://www.wiegandslide.com
Rasdorf, 07.12. 2007
Großer Eignungsnach-weis nach DIN 18800
Josef Wiegand GmbH & Co. KGD-36169 RasdorfTelefon (06651) 980-0Telefax (06651) 980-62E-mail: info@wiegandslide.deInternet: http://www.wiegandslide.com
Rasdorf, 07.12. 2007
Großer Eignungsnach-weis nach DIN 18800
1. Allgemeines
Ziele: Minimalismus, Möglichkeit der Fertigung im eigenen Unternehmen; deshalb möglichst einfache Bearbeitung (manuelle Fräsmaschinen etc.), möglichst wenige TeileZusätzliche Anforderungen: Korrosionsfrei, Lebensdauer 18000h
Konzept: inspiriert von ABP Antriebstechnik (siehe Bilder)
Winkelgetriebe von ABP Antriebstechnik
Gehäuselose Konstruktion.Das Konzept wird dahingehend verändert, dass statt des gefrästen winkligen Grundkörpers von ABP eine Grundplatte verwendet wird, welche das einzige im Unternehmen zu fertigende Bauteil darstellt. Alle anderen Teile werden zugekauft: 2 Gehäuse-Stehlager, 2 Gehäuse-Flanschlager, abgelängte 20mm Wellen, die Zahnräder (beschichtet), Ringspann-Elemente sowie Normteile (Schrauben/Scheiben/Muttern).
2. Kegelräder
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Die Räder (Werkstoff EN295) werden nicht geschmiert, sondern keramisch beschichtet (korrosionsfrei). Folgende Kegelräder wurden mit Autodesk Inventor erzeugt:
Berechnungsprotokoll:
Kegelräder-Generator (Version: 12.0 (Build 120254000, 254))
Bauteilnummer KOE3-ZahnraederKonstrukteur Martin Schuster
FührungTyp der Belastungsberechnung - Berechnung des Drehmoments für gegebenen Leistungsbedarf und Drehzahl
Typ der Festigkeitsberechnung - Kontrollberechnung
Methode der Festigkeitsberechnung - Nach DIN
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Kegelräder aus Inventor, unbearbeitet
Allgemeine Parameter
Übersetzungsverhältnis i 2,0000 oE
Tangentialmodul met 4,000 mm
Schrägungswinkel β 0,0000 grdTangentialer Eingriffswinkel αt 20,0000 grdWellenwinkel Σ 90,00 grd
Normaler Eingriffswinkel am Ende αne 20,0000 grd
Überdeckungsgrad ε 1,7370 oEGrenzabweichung der Achsparallelität fx 0,0110 mmGrenzabweichung der Achsparallelität fy 0,0055 mmVirtuelles Übersetzungsverhältnis iv 4,000 cm
Virtueller Achsabstand av 232,148 mm
Teilkegelradius Re 102,859 mm
Länge der Mantellinie des Teilkegelradius Rm 92,859 mm
Zahnkopfhöhe he 8,800 mm
Zahnräder
Zahnrad 1 Zahnrad 2
Modelltyp Komponente
Komponente
Anzahl der Zähne N 23,000 oE 46 oEEinheitenkorrektur x 0,0000 oE -0,0000 oETangentiale Verschiebung xt 0,0000 oE -0,0000 oE
Flankendurchmesser am Ende de 92,000 mm 184,000 mm
Mittlerer Flankendurchmesser dm 83,056 mm 166,111 mm
Mittlerer Außendurchmesser dae 99,155 mm 187,578 mm
Außendurchmesser am kürzeren Ende dai 79,876 mm 151,105 mm
Stammdurchmesser am Ende dfe 83,413 mm 179,707 mm
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Scheitelpunktabstand Ae 90,211 mm 42,422 mmScheitelpunktabstand am kleinen Ende Ai 72,670 mm 34,174 mmTeilkegelradius δ 26,5651 grd 63,4349 grdAußenkegelradius δa 28,7921 grd 65,6620 grdFußkegelradius δf 23,8932 grd 60,7631 grdZahnbreite b 20,000 mmZahnbreitenverhältnis br 0,1944 oEZahnkopfhöhe a* 1,0000 oE 1,0000 oESpiel c* 0,2000 oE 0,2000 oEWurzelrundung rf* 0,3000 oE 0,3000 oEZahndicke am Ende se 6,283 mm 6,283 mmSehnenstärke tc 5,548 mm 5,548 mmSehnen-Zahnkopfhöhe ac 2,990 mm 2,990 mmGrenzabweichung des Schrägungswinkels Fβ 0,0110 mm 0,0110 mmRundauslauf begrenzen Fr 0,0220 mm 0,0290 mmGrenzabweichung der Axialteilung fpt 0,0090 mm 0,0100 mmGrenzabweichung der Grundteilung fpb 0,0085 mm 0,0095 mmÄquivalente Anzahl der Zähne Ne 25,715 oE 102,859 oE
Entsprechender Flankendurchmesser dv 92,859 mm 371,437 mm
Entsprechender Außendurchmesser dva 100,081 mm
378,659 mm
Entsprechender Durchmesser des Grundkreises dvb 87,259 mm 349,036
mmEinheitenkorrektur ohne Verjüngung xz 0,2622 oE -2,0770 oEEinheitenkorrektur ohne Unterschnitt xp -0,5014 oE -5,0135 oEEinheitenkorrektur - Zulässiger Unterschnitt xd -0,6685 oE -5,1806 oE
Stutzen der Zahnkopfhöhe k 0,0000 oE 0,0000 oEEinheit für äußere Zahndicke sa 0,7227 oE 0,8081 oE
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Belastungen
Zahnrad 1 Zahnrad 2Leistung P 2,041 kW 2,000 kW
Drehzahl n 2000,00 rpm 1000,00 rpm
Drehmoment T 9,745 N m 19,100 N mWirkungsgrad η 0,980 oETangentialkraft Ft 234,663 NNormalkraft Fn 249,723 NRadialkraft (Richtung 1) Fr1 76,393 N 38,197 N
Radialkraft (Richtung 2) Fr2 76,393 N 38,197 N
Axialkraft (Richtung 1) Fa1 38,197 N 76,393 NAxialkraft (Richtung 2) Fa2 38,197 N 76,393 NUmfangsgeschwindigkeit v 8,698 mps
Resonanzdrehzahl nE1 13929,533 rpm
Material
Zahnrad 1 Zahnrad 2EN E295 EN E295
Zerreißfestigkeit Su 490 MPa 490 MPaStreckgrenze Sy 265 MPa 265 MPa
Elastizitätsmodul E 206000 MPa 206000 MPa
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Poissonsche Konstante μ 0,300 oE 0,300 oEDauerfestigkeit Sn 480,0 MPa 480,0 MPaOberflächenermüdungsfestigkeit Sfe 391,0 MPa 391,0 MPaDauerfestigkeit bei Biegebeanspr. σFlim 330,0 MPa 330,0 MPaDauerfestigkeit bei Kontaktbeanspr. σHlim 370,0 MPa 370,0 MPaHärte im Zahnkern JHV 210 oE 210 oEHärte in der Zahnflanke VHV 600 oE 600 oEGrundlegende Anzahl der Lastwechselzyklen beim Biegen NFlim 3000000 oE 3000000 oE
Grundlegende Anzahl der Lastwechselzyklen bei Kontakt NHlim 50000000
oE50000000
oEWöhler-Kurvenexponent für Biegen qF 6,0 oE 6,0 oEWöhler-Kurvenexponent für Kontakt qH 10,0 oE 10,0 oETyp der Behandlung Typ 2 oE 2 oEZulässige Biegespannung σAb 120,0 MPa 120,0 MPaZulässige Kontaktspannung σAc 13,0 MPa 13,0 MPa
Festigkeitsberechnung Koeffizienten für zusätzliche Belastung
Anwendungskoeffizient KA 1,200 oE
Dynamikkoeffizient KHv 1,217 oE
1,217 oE
Koeffizient für die Stirnbelastung KHβ 1,374 oE
1,246 oE
Koeffizient für die Querbelastung KHα 1,188 oE
1,188 oE
Koeffizient für einmalige Überbelastung KAS 1,000 oE
Kontaktkoeffizienten
Elastizitätskoeffizient ZE 189,812 oEZonenkoeffizient ZH 2,495 oEÜberdeckungsgradkoeffizient Zε 0,869 oEKegelradverzahnungs-Koeffizient Zk 0,850 oE
Einzeleingriffskoeffizient ZB 1,054 oE
1,000 oE
Gebrauchsdauerkoeffizient ZN 1,000 oE
1,000 oE
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Schmiermittelkoeffizient ZL 0,937 oEKoeffizient für die Ausgangsrauheit der Zähne ZR 1,000 oE
Drehzahlkoeffizient Zv 0,992 oEZahnschrägekoeffizient Zβ 1,000 oE
Größenkoeffizient ZX 1,000 oE
1,000 oE
Biegekoeffizienten
Formkoeffizient YFA 2,627 oE
2,202 oE
Spannungskonzentrationskoeffizient YSa 1,652 oE
1,891 oE
Koeffizient für Zusatzkerbe im Zahnfuß
YSag
1,000 oE
1,000 oE
Zahnschrägekoeffizient Yβ 1,000 oEÜberdeckungsgradkoeffizient Yε 0,682 oEKegelradverzahnungs-Koeffizient Yk 1,000 oEKoeffizient für wechselnde Belastung YA 1,000
oE1,000
oE
Fertigungstechnologiekoeffizient YT 1,000 oE
1,000 oE
Gebrauchsdauerkoeffizient YN 1,000 oE
1,000 oE
Kerbempfindlichkeitskoeffizient Yδ 1,194 oE
1,219 oE
Größenkoeffizient YX 1,000 oE
1,000 oE
Rauheitskoeffizient YR 1,000 oE Ergebnisse
Sicherheitskoeffizient für Lochfraß SH 1,439 oE 1,517 oE
Sicherheitskoeffizient für Zahnbruch SF 18,944
oE20,176
oE
Statische Sicherheit bei Kontakt SHst 3,103 oE 3,271 oE
Statische Sicherheit bei Biegung SFst 39,677 oE
41,365 oE
Kontrollberechnung Positiv
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3. Berechnungen
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Konstruktionsentwurf 3: Kegelradgetriebe | Martin Schuster | KO 05 | E051692KO
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4. LagerBei den Lagern handelt es sich um out-of-the-box-Lösungen, die einfach angeschraubt werden können.Die gewählten Modelle PASE20 und FLCTE20 (INA-FAG) sind mit einem Schmiernippel versehen und werden nach etwa 10000 Betriebsstunden einmal abgeschmiert.Spannringe sind angebracht. Typ: Pendelrollenlager.
5. ZeichnungenDie Zahnräder wurden zwar in Inventor erzeugt, jedoch dann exportiert und mit Pro/Engineer weiterbearbeitet. Die Pro/Engineer-Studentenversion wurde vom Autoren zwar eigens für diesen Konstruktionsentwurf erworben, jedoch stellte sich heraus, dass die Zeichnungen weder exportiert noch ausgedruckt werden konnten. Dies wurde zu spät bemerkt und war sehr ärgerlich.Deshalb hier die 3D-Darstellungen aus der Software (nicht dargestellt sind Schrauben, Gewinde-Sacklöcher in der Grundplatte und Ringspann-Elemente).
mit Pro/Engineer bearbeitete Zahnräder
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Die Grundplatte misst 237x230 und besteht aus verzinktem S355. Oben eine Tasche für das Rad, darin eine Tasche für ein Flanschlager. Auf der Unterseite dieselbe Tasche für das andere Flanschlager. In der Mitte eine Bohrung, in die der Stellring des unteren Flanschlagers hineinragt.
Zuerst werden die Gehäuse-Stehlager aufgeschraubt...
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...danach das obere Flanschlager
Das untere Flanschlager (rot dargestellt) wird vor der Montage in der Grundplatte per angebrachtem Schraub-Spannring an die kurze Welle angeschraubt.
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Zuletzt werden die Räder angebracht.
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