Version vom 1. Oktober 2006, 11:10 Uhr

Berechnungsaufgabe (Antrieb einer Spezial-Bohrmaschine)

Für den Antrieb einer Spezial-Bohrmaschine mit einer konstanten Spindeldrehfrequenz n_ab = 1.000/min ist ein geeigneter Synchronriemenantrieb auszulegen. Zum Antrieb wird ein Synchronmotor mit P = 1,5 kW bei n_an = 3.000/min mit einer Zähnezahl der Synchronriemenscheibe von z_k = 38 sowie einer Teilung von p = 5 mm vorgesehen. Aus konstruktiven Gründen soll der Wellenabstand e´ = 290 mm und die Zahnscheibendurchmesser maximal 200 mm betragen. Erschwerte Betriebsbedingungen sind nicht zu erwarten; K_A = 1.

Die Berechnung erfolgt in Anlehnung an den Ablaufplan zum Auslegen von Riementrieben.

Festlegen des Riemenprofils

Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 1. Riemenwahl

Gegeben: K_A = 1; P_nenn = 1,5 kW; n_an = 3.000/min

Gesucht: Profil des Synchronriemens nach TB Roloff/Matek Maschinenelemente

Berechnung:

P´ = K_A · P_nenn

P´ = 1 · 1,5 kW

P´ = 1,5 kW = {{{2}}}

Antwort:

Mit einer Berechnungsleistung von P´ = 1,5 kW und einer Antriebsdrehzahl von n_an 3.000/min wird nach TB 16-18 Roloff/Matek Maschinenelemente das Profil T5 gewählt.

Festlegung der Scheibenzähnezahl

Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 2. Übersetzung i

Gegeben: z_k = 38 Zähne; n_an = 3.000/min; n_ab = 1.000/min

Gesucht: z_g

Berechnung:

z_g · n_ab = z_k · n_an

z_g = (z_k · n_an) / n_ab

z_g = (38 · 3.000/min) / 1.000/min

z_g = 114 Zähne = {{{2}}}

Antwort:

Die Scheibenzähnezahl der abtriebseitigen Welle beträgt 114.

Ermittlung des vorläufigen Wellenabstandes

Antwort: Aus konstruktiven Gründen beträgt der vorläufige Wellenabstand 290 mm.

Ermittlung der Riemenzähnezahl und der Riemenlänge

Geg: p = 5 mm; z_k = 38 Zähne; n_an = 3.000/min; n_ab = 1.000/min; e´= 290 mm

Ges: d_dk; d_dg; L´_d; z´_R; L_d

Festlegen der Scheibendurchmesser von Antriebs- und Abtriebsseite: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 2. Scheibendurchmesser

i = n_an / n_ab

i = 3.000/min / 1.000/min

i = 3

d_dk = (p · z_k) / π

d_dk = (5 mm · 38) / π

d_dk = 60,48 mm

d_dg = i · d_dk

d_dg = 3 · 60,48 mm

d_dg = 181,44 mm

Ermitteln der theoretischen Riemenlänge: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 2. Riemenlänge

L´_d = (2 · e´)+ [(π / 2) · (d_dg + d_dk)] + [(d_dg – d_dk)² / (4 · e´)]

L´_d = (2 · e´)+ [(π / 2) · (181,44 mm + 60,48 mm)] + [(181,44 mm – 60,48 mm)² / (4 · e´)]

L´_d = 973 mm

Festlegen der Riemenzähnezahl: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 2. Riemenlänge

z´_R = L´_d / p

z´_R = 973 mm / 5 mm

z´_R = 194,5 Zähne

Antwort:

Nach TB 16-19d Roloff/Matek Maschinenelemente wird festgestellt: z_R = 198 Zähne

Festlegen der Riemenrichtlänge: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 2. Riemenlänge

L_d = z_R · p

L_d = 198 · 5 mm

L_d = 990 mm

Antwort:

Aus der tabellarisch ermittelten Riemenzähnezahl und der vorgegebenen Teilung von 5 mm ergibt sich eine Riemenlänge von 990 mm.

Festlegen des endgültigen Wellenabstandes

Gegeben: L_d = 990 mm; d_dk = 60,48 mm; d_dg = 181,44 mm; p = 5 mm

Gesucht: e; x; y

Festlegen des endgültigen Wellenabstandes: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 2. Wellenabstand

e = (L_d / 4) – [(π / 8) · (d_dg + d_dk)] + [((L_d / 4) – ((π / 8) · (d_dg + d_dk))]² - [(d_dg – d_dk)² / 8]

e = (990 mm / 4) – [(π / 8) · (181,44 mm + 60,48 mm)] + [((990 mm / 4) – ((π / 8) · (181,44 mm + 60,48 mm))]² - [(181,44mm – 60,48mm)² / 8]

e = 299 mm

Ermitteln des Verstellweges zum Spannen des Riemens: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 2. Spann- und Verstellwege x, y.

x = 0,005 · L_d

x = 0,005 · 990 mm

x = 4,95

x = 5 mm

y = (1...2,5) · p

y = (1...2,5) · 5 mm

y = 5...12,5 mm

y = 12 mm

Ermitteln des Umschlingungswinkels an der kleinen Scheibe: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 2. Umschlingungswinkels an der kleinen Scheibe

β_k = 2 · arcos · [( d_dg – d_dk) / (2 · e)]

β_k = 2 · arcos · [( 181,44 mm – 60,48 mm) / (2 · 299 mm)]

β_k = 156°

Antwort :

Unter Berücksichtigung des Verstellweges zum Spannen des Riemens von 12 mm sowie dessen Auflegeweges von 5 mm und einem Umschlingungswinkel der kleinen Riemenscheibe von 156° beträgt der Wellenabstand 299 mm.

Ermittlung der erforderlichen Riemenbreite

Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 3. Riemenbreiten

Gegeben: z_k = 38 Zähne; β_k = 156°; P´= 1,5 kW; n_an = 3.000/min

Gesucht: z_e; P_spez nach TB 16-20; b

Berechnung:

z_e = (z_k · β_k) / 360°

z_e = (38 · 156°) / 360°

z_e = 16,47

z_e = 12

P_spez = 3,1 · 0,0001 kW/mm

P_spez = 0,00031 kW/mm

b´= P´/ (z_k · z_e · P_spez)

b´ = 1,5 kW / (38 · 12 · 0,00031 kW/mm)

b´ = 10,61 mm

b = 12 mm

Antwort:

Erforderliche Riemenbreite beträgt 12 mm.

Kontrolle von v; f_B; F_t und F_w

Riemengeschwindigkeit: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 5. Kontrollabfragen/Riemengeschwindigkeit

Gegeben: d_dk = 60,48 mm; n_an = 3.000/min

Gesucht: v in m/s

Berechnung:

v = d_dk · π · n_an

v = 60,48 mm · π · 3.000/min

v = 0,061 m · π · 50/s

v = 9,58 m/s

Antwort:

Die laut TB 16-19a Roloff/Matek Maschinenelemente v_max = 80 m/s für das Riemenprofil T5 wird nicht überschritten.

Biegefrequenz: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 5. Kontrollabfragen/Biegefrequenz

Gegeben: v = 9,58 m/s; z = 2; L_d = 0,99 m

Gesucht: f_B

Berechnung:

f_B = (v · z) / L_d

f_B = (9,58 m/s · 2) / 0,99 m

f_B = 18,97/s

Antwort:

Die laut TB 16-3 Roloff/Matek Maschinenelemente f_Bmax = 200/s wird nicht überschritten.

Umfangskraft: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 5. Kontrollabfragen/Riemenzugkraft

Gegeben: P´= 1,5 kW; v = 9,58 m/s

Gesucht: F_t

Berechnung:

F_t = P´/ v

F_t = 1,5 kW / 9,58 m/s

F_t = 1,5 kW / 9,58 m/s

F_t = 1.500 Nm/s / 9,58 m/s

F_t = 156,58 N < F_zul = 370 N

Antwort:

Die laut TB 16-19c Roloff/Matek Maschinenelemente F_zul für die Riemenbreite B = 12 mm und Profil T5 wird nicht überschritten.

Wellenbelastung: Siehe Roloff/Matek Maschinenelemente 16.3.2 - 4. Vorspannung:: Wellenbelastung

Gegeben: F_t = 156,58 N

Gesucht: F_w0

Berechnung:

F_w0 = 1,1 · F_t

F_w0 = 1,1 · 156,58 N

F_w0 = 172,24 N

Antwort:

Es tritt im Stillstand eine überschlägig ermittelte Wellenbelastung von 172,24 N auf.

Bestellangabe

Synchronriemen 12 T5/990 (12 mm Breite b, T5 Riemenprofil mit p = 5 mm Teilung, 990 mm Richtlänge L_d = Bestellänge)

Berechnungsaufgabe (Wellenantrieb)

Ein Motor (n₁=1250/min, d_dk= 115 mm) treibt eine Welle an, die 250/min machen soll. Berechne den Scheibendurchmesser der anzutreibenden Welle und die entstehende Riemengeschwindigkeit basierend auf den bekannten Daten.

geg: n₁= 1250/min; n₁= 250/min; d_dk= 115 mm

ges: d_dg und v in m/s.

Berechnung:

i = n₁ / n₂ (Roloff/Matek FS 16-10)

i = 1250/min / 250/min

i = 5 : 1

d_dg = i · d_dk (Roloff/Matek FS 16-19)

d_dg = 5 · 115 mm

d_dg = 575 mm

v = d_dk · π · n₁ (Roloff/Matek FS 16-29)

v = 0,115 m · π · 1250/min

v = 451 m/min

v = 7,5 m/s

Antwort:

Die Riementriebkonstruktion verfügt über einen Scheibendurchmesser der anzutreibenden Welle von 575 mm sowie einer Riemengeschwindigkeit von 7,5 m/s

Berechnungsaufgabe (Wellenantrieb)

Berechne die theoretische Riemenlänge zur vorherigen Aufgabe, bei einem Achsabstand von 1150 mm, die notwendig ist um eine Übertragung der Antriebskraft durch einen Keilriemen zu ermöglichen.

geg: e`= 1150 mm; d_dg= 575 mm; d_dk= 115 mm

ges: L` in mm

Berechnung nach Roloff/Matek FS 16-21

L`= (2 · e`) + [(π / 2) · (d_dg + d_dk)] + [(d_dg - d_dk) / (4 · e`)]

L`= (2 · 1150 mm) + [(π / 2) · (575 mm + 115 mm)] + [(575 mm - 115 mm) / (4 · 1150 mm)]

L`= 3383,95 mm

Antwort:

Bei einem Achsabstand von 1150 mm und denn gegebenen Scheibendurchmessern wäre eine Riemenlänge von 3383,95 mm nötig um eine Kraftübertragung zu gewährleisten

Berechnungsaufgabe (Wäscheschleuder)

Motordrehzahl n₁ = 3500/min

Motorriemenscheibe d₁ = 50 mm

Übersetzungsverhältnis i = 2,5

Gesucht:

• Durchmesser der getriebenen Riemenscheibe
• Drehzahl der Schleuder
• Die höchste Umfangsgeschwindigkeit der Schleuder in m/s.

geg: n₁= 3500/min; d₁= 50 mm; i= 2,5; d= 0,35 m

ges: d₂; n₂ und v in m/s.

Berechnungen:

i = d₂ / d₁ (Roloff/Matek FS 16-10)

d₂ = d₁ · i

d₂ = 50 mm · 2,5

d₂ = 125 mm

n₁ · d₁ = n₂ · d₂ (Roloff/Matek FS 16-10)

n₂ = (n₁ · d₁) / d₂

n₂ = (3500/min · 50 mm) / 125 mm

n₂ = 1400/min

v = d · π · n₂ (Roloff/Matek FS 16-29)

v = 0,35 m · π · 1400/min

v = 1539,38 m/min

v = 25,65 m/s

Antwort:

Der Durchmesser der angetriebenen Riemenscheibe beträgt 125 mm die eine Umdrehung von 1400 m/s ausgesetzt wird. Aus den zuvor ermitteleten Daten ergibt sich eine maximale Umfangsgeschwindigkeit der Schleuder von 25,65 m/s.

Berechnungsaufgabe Sauglüfter mit Syncronriemenantrieb

Der Antrieb eines Sauglüfters ist als Syncronriemenantrieb auszulegen. Der vorgesehene Drehstrommotor 180M hat eine Antriebsleistung P=18,5kW bei einer Drehzahl n₁=n_k=1450min^-1, die Lüfterdrehzahl n₂=n_g=800min^-1. Aus baulichen Gründen kann der Durchmesser d_dg der Riemenscheibe auf der Lüfterseite maximal 500mm betragen, der Wellenabstand e´≈800mm. Die Daten für die Scheibenzähnezahl und die Riemenzähnezahl sollen aus dem Online-Katalog der Firma Wieland Antriebstechnik gewählt werden. Als Betriebsverhältnisse sollen hier angenommen werden: mittlerer Anlauf, stoßfreie Volllast, tägliche Betriebsdauer≈8h.

geg:

P = 18,5kW

n₁=n_k = 1450min^-1

n₂=n_g = 800min^-1

d_dgmax = 500mm

e´ ≈ 800mm

K_A = 1,3 lt. RM Tb. 3-5b

ges.:

Hauptabmessungen des Antriebes :

Zähnezahl der kleinsten Scheibe z_k

Zähnezahl der größten Scheibe z_g

Wellenabstand e

Riemenzähnezahl z_r

Riemenlänge L_d

Lös.

Berechnung der maßgebenden Berechnungsleistung

P´ = K_A * P

P´ = 1,3 * 18,5kW

P´ = 24,05kW

Festlegung des Riemenprofils

lt. RM Tb. 16-18 ergibt sich für einen Syncronriemen bei einer Berechnungsleistung P´ = 24,05kW und einer Drehzahl von 1450min^-1 an der kleinsten Scheibe das Profil T 10. Die Teilung p beträgt damit 10.

Festlegung der Scheibenzähnezahl

lt. RM Fs. 16-18

i = n₁ / n₂

i = 1450min^-1 / 800min^-1

i = 1,81

lt. Wieland Katalog gibt es für das Profil T10 eine Scheibe mit maximal 60 Zähnen mit der Bezeichnung 31 T10 / 60-0. Diese Scheibezähnezahl wird als Grundlage für die größere Scheibe genommen.

lt. RM Fs. 16-19

d_dg = z_g * p / π

d_dg = 60 * 10 / π

d_dg = 190,985mm

lt. RM Fs. 16-18

i = d_dg / d_dk

d_dk = d_dg / i

d_dk = 190,985mm / 1,81

d_dk = 105,517mm

lt. RM Fs. 16-19

z_k = d_dk * π / p

z_k = 105,517mm * π / 10

z_k = 33,14 ≈ 33

lt. Wieland Katalog ergibt sich für die kleinere Scheibe eine Zähnezahl von 36 mit der Bezeichnung 31 T10 / 36-2, da sie die nächst größere Zähnezahl ist.

lt. RM Fs. 16-18

i = z_g / z_k

i = 60 / 36

i = 1,66

i = n₁ / n₂

n₂ = n₁ / i

n₂ = 1450min^-1 / i

n₂ = 873,49min^-1

Ermittlung des Wellenabstandes

lt. RM Fs. 16-20 für Synchronriementrieb

0,5 * ( d_dg + d_dk ) +15mm ≤ e´ ≤ 2 * ( d_dg + d_dk )