KS Antriebsstrang Aufgaben L÷sungen 3 PDF

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8 Getriebe 8.1 Stirnradgetriebe 8.1.1 Aufgabenstellung Stirnradgetriebe Das Bild 8.1-1 zeigt ein Stirnradgetriebe einer Motor-Getriebe-Kombination. Bei dem Getriebe handelt es sich um ein zweistufiges Getriebe, dessen Eingangs- und Ausgangswelle nahezu koaxial angeordnet sind. Zur Vereinfachung von Transport, Montage und Demontage ist am Getriebegehäuse eine Augenschraube angebracht.

Bild 8.1-1: Stirnradgetriebe [Flender]

Bearbeitungspunkte: Teilaufgabe 1: Erläutern Sie den Kraftfluss vom Getriebeeingang bis zum Getriebeausgang. Teilaufgabe 2: Erläutern Sie die Lagerung von Motorwelle, Getriebezwischenwelle und Getriebeausgangswelle insbesondere unter dem Aspekt des Festlager-Loslager-Prinzips. Teilaufgabe 3: Zeichnen Sie die Getriebeausgangswelle mit allen an ihr angreifenden Kräften auf. Am Abtrieb tritt lediglich ein Abtriebsdrehmoment auf. In der Verzahnung wirken eine Umfangskraft und eine Radialkraft auf das Zahnrad (Axialkraft aus Schrägverzahnung hier vernachlässigt!).

8.1 Stirnradgetriebe

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Teilaufgabe 4: Welche äquivalenten Lagerkräfte sind auf Grundlage der Kräfte aus Teilaufgabe 3 für die Auslegung der Lager der Getriebeausgangswelle zu berücksichtigen? Teilaufgabe 5: Was passiert, wenn der Abtrieb des Getriebes blockiert wird und von einer sehr hohen Drehträgheit des Motors ausgegangen werden muss? Teilaufgabe 6: Wie kann dem zu erwartenden Ereignis aus Teilaufgabe 5 vorgebeugt werden?

8.1.2 Mögliche Lösung zur Aufgabe Stirnradgetriebe Teilaufgabe 1: Kraftfluss Passfeder – 1. Getriebewelle – Passfeder - Zahnrad auf der 1. Getriebewelle - Zahnrad auf der 2. Getriebewelle – Passfeder – 2. Getriebewelle – Ritzel an der 2. Getriebewelle - Zahnrad auf der 3. Getriebewelle - Passfeder – 3. Getriebewelle – Passfeder. Teilaufgabe 2: Lagerungen Getriebeeingangswelle: Links Loslager, rechts Festlager. Getriebezwischenwelle: Links und in der Mitte angestellte Lagerung, Rechts Loslager. Getriebeausgangswelle: Links Festlager, Rechts Loslager. Teilaufgabe 3: Angreifende Kräfte an der Welle

Bild 8.1-2: Frei geschnittene Welle

Teilaufgabe 4: Äquivalente Lagerbelastungen 2 + F2 F2y 2z

Loslager:

F = Fr =

Festlager:

2 + F2 + Y F F = X Fr + Y Fa = X F1y 1x 1z

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8 Getriebe

Teilaufgabe 5: Blockierender Abtrieb Es treten sehr hohe Drehmomente auf, da die gesamte verfügbare kinetische Energie in Verformung umgesetzt wird. Da alle Welle-Nabe-Verbindungen und Zahneingriffe formschlüssig sind, wird bei zu hohen Drehmomenten zumindest eine Verbindung zerstört. Teilaufgabe 6: Maßnahmen gegen Schaden Zur Vermeidung eines Schadens ist zumindest ein Element vorzusehen, welches vor dem Aufbau zu hoher Momente eine Unterbrechung der Drehmomentenübertragung realisiert. Dies können z.B. sein: Reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindung, Rutschkupplung.

8.2 Drehkranz 8.2.1 Aufgabenstellung Drehkranz Das Bild 8.2-1 zeigt schematisch einen Drehkran. Mit dem Kran können Lasten transportiert werden. Auf einer fest stehenden oder verfahrbaren Säule ist um eine vertikale Achse drehbar das Drehteil gelagert. Die Drehbewegung des Drehteils wird über Getriebemotor, Ritzel und Drehkranz vorgenommen. Auf dem Drehteil befinden sich Hubwerk, Seiltrieb und Lastaufnahmemittel, über die Lasten aufgenommen werden können.

Gegengewicht

Last Drehteil

Ritzel Drehkranz M Säule

d2

d1

Bild 8.2-1: Drehkran in schematischer Darstellung

Die Teilkreisdurchmesser sind bekannt: d1 = 0,3 m; d2 = 2,5 m Drehkrane kommen in verschiedensten Anwendungen zum Einsatz. Eine Variante sind Hafenmobilkrane, wie im Bild 8.2-2 dargestellt. Diese Geräte sind frei verfahrbar und werden beispielsweise für den Stückgutumschlag, hier Container, eingesetzt.

8.2 Drehkranz

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Bild 8.2-2: Hafenmobilkran im Containerumschlag [Gottwald] Bearbeitungspunkte: Teilaufgabe 1: Wie groß ist die Übersetzung des vorliegenden Zahnradgetriebes? Teilaufgabe 2: Der Kran soll sich in zwei Minuten einmal um seine Achse drehen. Berechnen Sie hierfür die erforderliche Motorausgangsdrehzahl. Teilaufgabe 3: Um in Beharrung das Drehteil drehen zu können, ist bezogen auf die Drehteilachse ein Drehmoment von 1500 Nm erforderlich. Wie hoch muss das Motorausgangsdrehmoment sein? Teilaufgabe 4: [Nicht klausurrelevant!] Legen Sie für die gegebenen Daten eine geradverzahnte Evolventenverzahnung mit m = 10 mm für Ritzel und Drehkranz fest. Geben Sie für diese Verzahnung die geometrischen Daten an.

8.2.2 Mögliche Lösung zur Aufgabe Drehkranz Teilaufgabe 1: Übersetzung 2,5 m n d i= 1 = 2 = = 8, 3 n2 d1 0,3 m

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8 Getriebe

Teilaufgabe 2: Motorausgangsdrehzahl i=

n1 n2

n1 = i ⋅ n 2 = 8, 3 ⋅ 0, 5 min− 1 = 4,16 min− 1

Teilaufgabe 3: Motorausgangsdrehmoment i=

M2 M1

M1 =

M 2 1500 Nm = = 180 Nm i 8, 3

Teilaufgabe 4: Verzahnungsdaten Gewählt wird eine Evolventenverzahnung ohne Profilverschiebung (Null-Verzahnung) mit einem Betriebseingriffswinkel von 20°. Zähnezahlen: z1 =

2500 mm d d1 300 mm = = 30 ; z2 = 2 = = 250 m 10 mm m 10 mm

Kopfkreisdurchmesser: d a1 = d 1 + 2 m = 300 mm + 2 ⋅ 10 mm = 320 mm d a 2 = d 2 + 2 m = 2500 mm + 2 ⋅ 10 mm = 2520 mm

Fußkreisdurchmesser: d f1 = d 1 − 2,5 m = 300 mm − 2,5 ⋅ 10 mm = 275 mm d f2 = d 2 − 2,5 m = 2500 mm − 2,5 ⋅ 10 mm = 2475 mm

Grundkreisdurchmesser: d b1 = d 1 ⋅ cosα = 300 mm ⋅ cos 20 ° = 281,907 mm d b2 = d 2 ⋅ cos α = 2500 mm ⋅ cos 20 ° = 2349, 232 mm

Achsabstand: a=

1 2

1

( d1 + d 2 ) = (300 mm + 2500 mm ) = 1400 mm 2...