2. Beleg Welle

[Fitzel]

also ich will den Durchmesser der Welle berechnen, hab die Biegemomentenverläufe ausgerechnet und weiß auch das Torsionsmoment. Die gefährdeste Stelle is demnach die wo das Zahnrad aufgeschraubt wird.

So jetzt gibts es da diese überschlags Gleichungen, von denen würde ich die mit dem Vergleichmoment nehmen(Biegung und Torrsion zusammen), die Frage is jetzt was setzte ich da für eine wechselfestigkeit ein??? die vom meinem gewählten Werkstoff oder wie im Schlecht Buch nur 10 - 25 % davon.

ich will einen möglichst effektiven Durchmesser, warum also die vorgaben im Schlecht Buch??

[Mr.Bing]

Folgendes: Laut Aufgabenstellung ist eine Entwurfsberechnung an den drei Stellen Abtrieb, Lager A und Kraftangriff am Zahnrad gefragt. Demzufolge muss man drei mal einen überschlägigen Durchmesser ausrechnen.
Ich habe am Lager A die Formel 11.26 "Torsion (Wellen)" genommen und Kraftangriff am Zahnrad die Formel 11.27 "Torsion und Biegung (Wellen)".
Was mach ich jetzt aber am Abtrieb? Wenn ich hier ebenfalls die 11.26 nehme, bedeutet das ja, dass meine Welle am Abtrieb genauso groß ist wie am Lager. Nehme ich doch die 11.27? Wenn ja, was setze ich dann für Mb ein? Wie würde ich gegebenfalls das Abtriebsmoment berechnen? Am Abtrieb wirkt doch keine (bekannte) Kraft oder sehe ich das falsch?
Fragen über Fragen bei diesem Beleg....

[SCAR(ed)]

also:

zum einen wirkt am abtrieb sehr wohl eine belastung - nämlich das torsionsmoment.

zum anderen: warum sollte am lager A nur torsion wirken? rechts des lagers (wo ja noch ein bissel platz sein muss, weil das lager eine gewisse breite hat), wirkt auch biegung - wenn auch nur recht gering.

und vielleicht nochmal insgesamt:
die aufgabenstellung verlangt eine entwurfsrechnung. an deren werten muss nicht sklavisch festgehalten werden. die sind nämlich genau das: nur ein entwurf. ob die welle hält oder ob sie überdimensioniert ist, darüber entscheidet die NACHrechnung - also die sicherheitswerte an den geprüften stellen.

was die festigkeitswerte angeht: wer das verfahren aus dem buch vom prof anwendet, muss natürlich auch die dort angegeben festigkeitswerte verwenden. dass die so niedrig sind, liegt doch darin begründet, dass da bereits sicherheiten und durchschnittliche kerbwirkungen mit eingerechnet sind - so dass man schnell die vorhandenen mit den zulässigen werten vergleichen kann.

bei der nachrechnung senkt man ja dann auch den wechselfestigkeitswert (z.B. sigma_bw) durch kerbwirkung etc. zu einem sigma_b_adk ab, welcher deutlich unter sigma_bw liegt.

was die sache mit den gleichen wellendurchmessern am lager a und am abtrieb angeht: das kann ja gut und gerne sein. viel werden die sich auch nicht nehmen. aber für die endgültige konstruktion kommen dann noch andere sachen hinein, die nicht ausschließlich etwas mit der festigkeit zu tun haben (genormte stufungen für lagerinnendurchmesser, gesonderte bearbeitung des lagersitzes durch anforderungen laut katalog, ...). das kann schnell dazu führen, dass man dann vielleicht doch noch einen wellenabsatz zwischen abtrieb und lagersitz einfügt.
wie schon gesagt: die entwurfsrechnung gibt einen orientierungswert, wie groß die welle (aus festigkeitsgründen) an dieser stelle etwa sein sollte. die endgültige konstruktion (inklusive der nachrechnung der welle) kann davon ohne probleme abweichen.

[unfug]

bei A is keine biegung, gehst nich umsonst nur vom mittelpunkt der lager aus. daher sollte man sowohl beim abtrieb als auch beim lager A auf den selben d(üb) kommen

[SCAR(ed)]

kannst du am ende halten wie du willst. nachrechnen (für die welle) wird/muss man es dann eh am absatz - weil dort zum einen eine kerbe vorliegt und zum anderen, weil dann dort ebend doch (wenn auch nur ein kleines bisschen) biegung vorliegt.

für den entwurf nimmt es sich sehr wahrscheinlich aber wirklich fast nichts. jemand könnte das mit zahlenwerten unterlegen - würde mich schon mal interessieren, was für unterschiede da rauskommen. also einmal das d(üb) nur mit torsion und dann noch mal das d(üb) mit torsion und (dem bisschen) biegung.

[starKI]

Ich hatte das irgendwann mal mit und ohne Biegung berechnet ... der Unterschied war nicht groß (1 mm oder so). Aber man kann die beiden Berechnungsvarianten (wenn mans nach Prof. Schlechts Buch macht) eh nicht vergleichen, da sich die Formeln und die zulässigen Spannungen mit denen verglichen wird, für beide Varianten unterscheiden (bei Torsion wird die Torsionswechselfestigkeit benutzt; bei Biegung und Torsion eine Vergleichsspannung gebildet und dann glaub ich mit der Biegewechselfestigkeit verglichen).
Da der Absatz fürs Lager sowieso größer ist, als der für die Nabe (unser ÜL wills jedenfalls mit Absatz sehen), fällt das aber eh nicht ins Gewicht. Aufgrund der ganzen Absätze die man braucht, ist die gefährdetste Stelle auch der Teil, wo die Nabe aufgesteckt wird. Aus dem Grund, ist es günstig, für den Entwurf von dort auszugehen und dann die entsprechenden Absätze anzubringen.
Was mir noch aufgefallen ist: Wenn man eine Keilwelle nutzt, dann muss man den überschlägigen Durchmesser noch um die Keilhöhe erhöhen, da der Nenndurchmesser der Keilwelle gleich deren innerem Durchmesser ist.
Und nochwas: Bei mir isses so, dass der statische Festigkeitsnachweiß der begrenzende Faktor ist (die statischen Sicherheiten liegen bei mir so ca. bei der Hälfte der dynamischen). Kann das jemand bestätigen?

[Mr.Bing]

Stimmt. Am Abtrieb wirkt das Torsionsmoment, ist ja auch irgendwie logisch.:whistling:
Wie geht es nun aber weiter?
Laut Vorrednern wie folgt:
 

...ansonsten haben wir das im MathCad (oder jedes besseres Mathematikprogramm) so gemacht, das du die Komplette Wellenberechnung hin hackst und den Durchmesser so anpaßt, dass deine Sicherheit stimmt.

Klar muss man anhand der Sicherheit dimensionieren, aber welchen Wert soll die Sicherheit überhaupt haben? Selber festlegen? (vielleicht Sd=3 wie in den Übungsaufgaben)

[teppich]

Klar muss man anhand der Sicherheit dimensionieren, aber welchen Wert soll die Sicherheit überhaupt haben? Selber festlegen? (vielleicht Sd=3 wie in den Übungsaufgaben)

Laut Prof Schlechts Buch Seite 86:

Sicherheit gegen Dauerbruch  SD= 1,5 ... 2,5
Sicherheit gegen Fließen   SF= 1,2 ... 2,0

ich hab mich daran orientiert.

Eine Frage: Man soll an 2 kritischen Stellen nachrechnen. Zunächst dachte ich da an den Absatz bei Lager A und den Absatz beim Zahnrad. Was ist aber mit dem Abtrieb? Insbesondere wenn da eine Passfedernut ist - sollte man da nicht auch nachrechnen?

[Jule]

1. Ich hatte das irgendwann mal mit und ohne Biegung berechnet ... der Unterschied war nicht groß (1 mm oder so). Aber man kann die beiden Berechnungsvarianten (wenn mans nach Prof. Schlechts Buch macht) eh nicht vergleichen, da sich die Formeln und die zulässigen Spannungen mit denen verglichen wird, für beide Varianten unterscheiden (bei Torsion wird die Torsionswechselfestigkeit benutzt; bei Biegung und Torsion eine Vergleichsspannung gebildet und dann glaub ich mit der Biegewechselfestigkeit verglichen).

2. Aus dem Grund, ist es günstig, für den Entwurf von dort auszugehen und dann die entsprechenden Absätze anzubringen.

3. Was mir noch aufgefallen ist: Wenn man eine Keilwelle nutzt, dann muss man den überschlägigen Durchmesser noch um die Keilhöhe erhöhen, da der Nenndurchmesser der Keilwelle gleich deren innerem Durchmesser ist.

zu 1.:
Genau. Außerdem steht über der Tabelle: Torsion reicht aus. Das Nächste ist ja gleich die schwammige Formulierung der Vorfaktoren für die Wechselfestigkeiten. Da werden der eigenen Kreativität ja fast keine Grenzen gesetzt.
Genau deswegen spielt es meiner Meinung nach überhaupt nicht die Rolle, wovon man ausgeht bzw. welche Maße die Wellenbereiche haben (2. und 3.), hauptsache man hat am Ende mit den 2 Festigkeitsnachweisen nachgewiesen, dass es hält.

[Mr.Bing]

Eine Frage: Man soll an 2 kritischen Stellen nachrechnen. Zunächst dachte ich da an den Absatz bei Lager A und den Absatz beim Zahnrad. Was ist aber mit dem Abtrieb? Insbesondere wenn da eine Passfedernut ist - sollte man da nicht auch nachrechnen?

So wie ich die Aufgabe verstanden habe, hat die Welle natürlich mehrere kritische Bereiche, die Nachrechnung ist aber nur an zwei gewählten Bereichen notwendig. Ich nehme wahrscheinlich auch den Absatz am Zahnrad und die Stelle bei der Passfedernut.
 
Abweichende Meinungen sind natürlich erwünscht.

[unfug]

ich würd auch den abtrieb (muss ja nich ne passfeder sein, werden aber wohl trotzdem fast alle so machen) nachrechnen, da in schlechts buch steht, das torsion meist die maßgebliche Belastung ist und dort (jedenfalls bei mir) der kleinste querschnitt liegt, ich glaub die andre kann frei gewählt werden.

[Jule]

Wie ist das bei euch mit der Sicherheit? Also ich bin noch nicht weiter als bei S_D beim Zahnradabsatz, komme aber schon da auf keinen grünen Zweig. Hab mich bei der Berechnung ungefähr an den überschlägigen Durchmesser gehalten und damit den großen Durchmesser bemessen. Nun kam ein S_D > 5 heraus. Wie kann das sein?! V.a. wie kriegt man das denn gebacken, in den Bereich von 1,5 ... 2,5 zu kommen? Wenn ich einen weniger festen Werkstoff wähle steigen meine Durchmesser wiederum, wodurch S_D nur minimal sinkt letztendlich. Gerechnet hab ich wahrscheinlich richtig, eigentlich so wie in der Übung (Aufgabe 1.3), und mit dem überschlägigem Durchmesser lieg ich auch schon im unteren Bereich (Tendenz zu hoher Überschlagsfestigkeit, also eher höhere Vorfaktoren vor den Werkstofffestigkeiten). Hat jemand einen Tipp?

[hansiH]

Ja wenn du die sicherheit am großen Durchmesser berechnest sollte ein höherer Wert rauskommen, die Sicherheit 1,5...2,5 gilt doch für den minimalsten Durchmesser, also gibt die min Sicherheit an oder sehe ich das falsch? Wo nehmen hier alle diesen "überschlägigen Durchmesser" her, der steht doch nirgends in der Aufgabe?
Ich habe jetzt die Sicherheit einfach mal mit einem erdachten Durchmesser von 40mm und als Material 34CrMo4 genommen und da entsteht ( sofern nicht verrechnet!! ) eine Sicherheit von ca. 2,2 gegen Bruch, also kann ich ja jetzt mal angenommen meinen Abtrieb so um die 40mm dimensionieren?

[Jule]

1. Ja wenn du die sicherheit am großen Durchmesser berechnest sollte ein höherer Wert rauskommen, die Sicherheit 1,5...2,5 gilt doch für den minimalsten Durchmesser, also gibt die min Sicherheit an oder sehe ich das falsch?
2. Wo nehmen hier alle diesen "überschlägigen Durchmesser" her, der steht doch nirgends in der Aufgabe?
3. Ich habe jetzt die Sicherheit einfach mal mit einem erdachten Durchmesser von 40mm und als Material 34CrMo4 genommen und da entsteht ( sofern nicht verrechnet!! ) eine Sicherheit von ca. 2,2 gegen Bruch, also kann ich ja jetzt mal angenommen meinen Abtrieb so um die 40mm dimensionieren?

1. Hm das verstehe ich jetzt nicht so ganz... Das Entscheidende ist doch vielmehr der Absatz als das Durchmessermaß.

2. Das ist aus dem Buch vom Prof. Anhand der Werkstoffkennwerte und den Belastungen kannst du einen überschlägigen Durchmesser ermitteln, der dann in etwa dem vorhandenen Durchmesser entspricht. Bei mir haut das zwar irgendwie nicht hin, aber naja.

3. Jo klar, 2,2 ist doch ein guter Wert. Nur solltest du das im Beleg nicht grad so sagen, dass du die 40mm einfach so getippt und dann nachgerechnet hast. Mach lieber noch die Entwurfsberechnung als Ergänzung davor.

[Jule]

Ich hab jetzt bei der Entwurfsformel mal nur die Nennbelastungen eingesetzt (ohne c_B) und da geht das schon bissl besser. Bin so bei 3,6. Aber ich verstehe das nicht. Erstens ist der Werkstoff nicht grad der festeste, zweitens lieg ich mit den d_üb schon echt eher im unteren Bereich durch hoch angenomme Überschlagsfestigkeiten und drittens meinte unser ÜL wir sollen für die Lastannahme schon mit c_B rechnen, und nicht mit den Nennbelastungen. Wie kann ich SO trotzdem noch auf 3,6 kommen? :nudelholz: