Maschinenelemente 1 - Aufgabe 2

Maschinenelemente 1 - Aufgabe 2 - Sommersemester 2015 Konstruktion / Berechnung einer Winschenwelle
Dipl.-Ing. Garby Warmbier-Petong
Fachbereich: Maschinenwesen / Konstruktion
Vorname
Name
Matrikelnummer Unterschrift
Punkte
Note
1. Terminübersicht und Teilaufgaben
Woche
Mo. bis Fr.
25.05. bis 29.05.15
01.06. bis 05.06.15
08.06. bis 12.06.15
Vorlage in
KW
22.
23.
24.
15.06. bis 19.06.15
22.06. bis 26.06.15
29.06. bis 03.07.15
06.07. bis 10.07.15
25.
26.
27.
28.
Aufgabenteil
Testat
Aufgabenverteilung und -besprechung
Skizzen zur Konstruktion, Kräfte, Momente,
Überschlägige Berechnungen und die elastische
Prüfung der Welle (Durchbiegung und kritische
Drehzahl)
Entwurf in Bleistift
Festigkeitsnachweis der Welle,
Berechnungen der Wälzlager und WNV
Fertigungszeichnung der Welle, Deckel und
Zusammenbauzeichnung mit Stückliste CAD
Abgabe aller Unterlagen
Letzter Abgabetermin 22.07.2015
Ergänzen Sie Ihre Unterlagen mit einer Konstruktionsbeschreibung und geben sie
stichpunktartige Begründungen für ihre Überlegungen an.
Alle vorgenannten Berechnungen, Skizzen, Zeichnungen und Texte sind eigenständig
anzufertigen und in Papierform auf hochformatiger DIN A4 - Größe (größere
Zeichnungen sind auf DIN A4 normgerecht zu falten) in einem Klemmordner
abzugeben.
Versehen sie alle Blätter mit Matrikelnummer. Bitte erstellen sie ein Deckblatt für die Aufgabe
zur Abgabe.
1
2. Aufgabenkurzbeschreibung
Zur Übertragung größerer Zugkräfte werden Winschen (Seilwinden) vor allem in der
Schifffahrt eingesetzt. Auf Frachtschiffen sind sie Bestandteil des Ladegeschirrs und in der
Fischerei werden sie zum maschinellen Einholen der Netze eingesetzt. Aber auch als
Ankerwinsch (Ankerwinde) zum Hieven und Stecken des Ankers oder als Festmacherwinsch
(Verholwinsch, Festmacherwinde) zum Auf- und Abspulen der Festmacher- und Verholleinen
werden sie eingesetzt. Auf Segelschiffen dienen Winschen der Bedienung von Schoten,
Fallen und anderen Tauwerksleinen. Je nach Anwendungsfall differieren auch die
Leistungen bei elektrisch angetriebenen Winschen zwischen 0,5 bis 280 kW.
Auf einer Winsch (Abb.1) wird das Tauwerk nicht aufgewickelt, sondern lediglich mit einigen
Windungen um eine Trommel gelegt, die dann von Hand oder elektrisch wie auch
hydraulisch gedreht wird um die Leine einzuholen.
Abb. 1: Schotenwinsch mit 1,6 kW Antriebsleistung, (Quelle: MSM Winches http://www.powerwinch.de/de/powerwinch/65-est/)
Das unten dargestellte Balkenmodell Abb. 2 stellt die prinzipielle Grundlage zur Konstruktion
einer Winschenwelle mit der Leistung P dar. An dem Winschenrad W mit dem Durchmesser
dw im Vordergrund greifen die Seilkräfte Fwr und Fwa = Fwr/2 an. Die Welle ist mit zwei
Wälzlagern im Abstand a fest-los-gelagert. Zwischen den Lagern liegt ein Zahnrad (nicht zu
berechnen) mit dem Durchmesser dz = dw, die über eine Passfeder die Zahnkraft Fz in die
Welle einleiten soll. Der Abstand vom vorderen Lager zum Winschenrad W beträgt lw und
zum Zahnrad lz.
Abb. 2: Balkenmodell einer Winschenwelle
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3. Bedingungen der Konstruktion
3.1
3.2
3.3
3.4
Das Drehmoment des Zahnrades und des Winschenrades wird über
Passfederverbindungen übertragen.
Es dürfen keine Übermaßpassungen verwendet werden.
Die Einzelteile müssen durch übliche Fertigungsverfahren wie z.B. durch Drehen,
Fräsen, Bohren o. ä. aus Halbzeugen gefertigt werden.
Die Wälzlager werden extern geschmiert. Der Schmierstofffluss soll eindeutig durch
die Lager laufen und kontrolliert abgeleitet werden. Es sind Radialwellendichtringe
anzuwenden.
4. Aufgabenstellung
1. Zu 23. KW: Erstellen Sie zwei Handskizzen als Lösungskonzepte zur Anordnung aller
Bauteile und benennen sie Vor- und Nachteile für ihre unterschiedlichen Lösungen.
Weiterhin berechnen Sie alle notwendigen Kräfte und Momente die auf die Welle
wirken. Erstellen sie die N-Q-T-M-Verläufe über der Welle für den dynamischen Fall
(Betrieb).
2. Zu 24. KW: Bestimmen sie überschlägig den Wellendurchmesser. Überprüfen sie die
Welle auf Durchbiegung und kritische Drehzahl um den Mindestdurchmesser
festzulegen.
3. Zu 25. KW: Erstellen sie einen ersten Technischen Entwurf als Bleistiftzeichnung in
dem die ermittelten Dimensionen einfließen.
4. Zu 26. KW: Führen sie den Festigkeitsnachweis für die Welle durch. Passen sie ihren
ersten Technischen Entwurf den neuen Dimensionen maßstabsgetreu an. Treffen sie
eine Wälzlagerauswahl und überprüfen sie die Lebensdauer der gewählten
Wälzlager. Legen sie die Welle-Nabe-Verbindungen des Zahnrades und des
Winschenrades aus.
5. Zu 27. KW: Erstellen sie eine Fertigungszeichnung der Welle, der beiden
Wälzlagerdeckel und eine Zusammenbauzeichnung mit Stückliste in CAD.
5. Daten zum Entwurf
Für die variablen Größen sind in abhängigkeit von der Matrikelnummer folgende Werte zu
wählen:
Vorletzte Ziffer der
Matrikelnummer
Letzte Ziffer der Matrikelnummer
gerade
ungerade
P / [KW]
dw / [ mm]
FWr / [kN]
a / [mm]
lw / [ mm]
lz / [ mm]
0
2,0
1
2,2
80
1,0
2
2,5
3
2,8
100
1,3
100
4
3,2
5
3,6
130
1,6
400
130
100
300
6
4,0
7
4,5
130
2,0
160
8
5,0
2,5
640
200
9
5,6
130
3,2
250
160
480
3
6. Ablauf der Arbeit
Die Studierenden bilden Arbeitsgruppen mit einer Gruppenstärke von 2.
Jede Gruppe gibt eine gemeinsame Ausarbeitung ab.
Auf dem vorliegenden Deckblatt wird von der Gruppe vermerkt, welchen
prozentualen Anteil jedes einzelne Mitglied an der Gesamtaufgabe erbracht hat und
dies wird mit einer Unterschrift gegengezeichnet.
o Die Benotung erfolgt durch die Ermittlung einer Note für die Gesamtausarbeitung. Die
Noten der Gruppenmitglieder können entsprechend der individuellen Leistung
voneinander abweichen.
Die Zeichnungsdateien sind mit abzugeben (FTP-Server, Abgabeordner).
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o
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