Belastungsfälle einer Achse

Hallo Forum,

ich absolviere seit einem knappen Jahr eine Weiterbildung zum Maschb.-Techniker.

Ich habe in einer Konstruktion (für Kunststoffwinkel- Biegeprüfung) einen Hebel verbaut der auf einer Achse gelagert wird. Die Achse wird in 2 Flanschlagern laufen. Den Hebel habe ich mal fest auf der Welle fixiert, vorgesehen.
Das längere Hebelende (Übersetzung) wird mittels eines Pneumatikzylinders mit 3600N nach vorne gedrückt. Resultierende Kraft am kurzen Hebelende liegt dann bei ca. 7000N.


Mir geht es jetzt um eine überschlägige Auslegung des Welle Ø.
Ich bin mir aber nicht sicher welche Belastungsfälle in diesem Fall vorliegen.
Wo wirkliche Drehmomente übertragen werden ist mir nicht so klar.

Wenn ich die Achse bspw. starr fixiere und den Hebel um die Achse drehen lasse,
dann brauche ich doch nur die Biegespannung zu berücksichtigen,aber keine Torsionsspannung, oder ??

Hat jemand Tips oder Ansätze wie ich strategisch hier am besten vorgehe.

Vielen Danke vorab!!:)

Gruß
Uwe
 

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derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Belastungsfälle einer Achse

Wenn ich die Achse bspw. starr fixiere und den Hebel um die Achse drehen lasse,
dann brauche ich doch nur die Biegespannung zu berücksichtigen,aber keine Torsionsspannung, oder ??
Völlig richtig, Uwe!
Es macht aber rein von der Festigkeitslehre auch keinen Unterschied, wenn sich die Achse mit dem Hebel dreht.
Diese Lösung sorgt aber für eine seitliche Fixierung des Hebels, was u.U. praktisch ist.
 
AW: Belastungsfälle einer Achse

Hallo schwarzer Peter,
besten Dank für die Antwort.

Ich habe jetzt für die fest stehende Welle ,
einen Ø von 21 mm berechnet ( Biegemoment 352 Nm, 30CrNiMo8 ).


Wenn alternativ bei der Lagerung der Welle in 2 Flanschlagern
keine Torsion und kein Drehmoment bezüglich der Wellenauslegung wirkt,
könnte ich diesen Durchmesser auch auf die umlaufende Welle anwenden?

Gruß
Uwe
 
AW: Belastungsfälle einer Achse

Das längere Hebelende (Übersetzung) wird mittels eines Pneumatikzylinders mit 3600N nach vorne gedrückt. Resultierende Kraft am kurzen Hebelende liegt dann bei ca. 7000N.
Somit wirken auf die Welle schon mal ca. 3600+7000=10600 N horizontal.
Zudem kommen dann die Gewichtskraft des Hebels und die anteiligen Gewichtskräfte der daran angeschlossenen Bauteile in vertikaler Richtung.

Dreht sich die Welle mit ergibt sich noch ein Torsionsmoment aus der Lagerreibung sowie aus dem Trägheitsmoment der Welle selbst. Dieses wird über die unterschiedlichen Hebelkräfte mit abgetragen.
 
AW: Belastungsfälle einer Achse

Ich habe jetzt für die fest stehende Welle ,
einen Ø von 21 mm berechnet ( Biegemoment 352 Nm, 30CrNiMo8 ).


Hallo,
Was??. Für eine so kleine Welle 30CrNiMo8?
Nimm doch eine 25mm Welle. Dzu passen auch Flanschlager.
Denk mal an die Kosten.
Nimm doch einen handelsüblichen Wellenwerkstoff z.B. St 50. Den hat jeder Drehereibetrieb auf Lager.

Gruß:
Manni
 
AW: Belastungsfälle einer Achse

Hallo Manni,

ja ist billiger, aber habe gerade mal ST50 in das Wellen-Berechnugsprogramm ( Excel - Roloff/ Matek) eingegeben.
Das springt gleich auf >= 30 mm. ist aber eine Überlegung Wert.

Gruß
Uwe
 
AW: Belastungsfälle einer Achse

Hallo Dideldumm,

in meinem Beispiel liegt die Achsenbelastung bei 11274 N ( mittig).
Der Hebel hat eine Gleitlagerbuchse und wird somit beweglich um die Welle geführt .
D.h. hier würde dann auch durch Reibung -> Welle /Buchse eine Torsionkraft entstehen.

Ist die aber so hoch, dass man sie bei einer überschlägigen Achsen-Ø Berechnung mit einbeziehen muss?

Gruß
Uwe
 
AW: Belastungsfälle einer Achse

ja ist billiger, aber habe gerade mal ST50 in das Wellen-Berechnugsprogramm ( Excel - Roloff/ Matek) eingegeben.
Das springt gleich auf >= 30 mm. ist aber eine Überlegung Wert.

Hallo Uwe,
nimm einen 30er Vierkant aus St37 und schweiße die beiden Einzelhebel an. An den Enden des Vkt drehst du die Zapfen für die Lager an.
Du mußt zwar etwas schweißen, sparst dir aber das Nuten, die Passfeder und die Hebelbohrung mit Toleranz.

Gruß:
Manni
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Belastungsfälle einer Achse

Da tut sich eine breite Palette an Möglichkeiten auf:

Es wird jetzt eben darauf ankommen,
ob der Hebel in einem Flugzeug bzw. Rennfahrzeug*
oder an einer ortsunveränderlichen Stallausmistungsanlage sitzen wird!


*) Was wir noch nicht betrachtet haben: Eine hohle Rohrachse;
eventuell in spielfreien Radial- und Achsial-Nadellagern gelagert!
 
AW: Belastungsfälle einer Achse

Hi,

du kannst das Biegemoment auch verringern in dem du die Konsole enger machst, also die Achse kürzer.
Wenn möglich.
Dann kann aber aus der Schub eine Scherspannung werden.

gruß

PS: Du hast durch die Lagerreibung auch ein vernachlässigbar kleines Torsionsmoment wenn die Achse stillsteht.
 
AW: Belastungsfälle einer Achse

Es wird jetzt eben darauf ankommen,
ob der Hebel in einem Flugzeug bzw. Rennfahrzeug*
oder an einer ortsunveränderlichen Stallausmistungsanlage sitzen wird!


*) Was wir noch nicht betrachtet haben: Eine hohle Rohrachse;
eventuell in spielfreien Radial- und Achsial-Nadellagern gelagert!

Hallo Peter,
das Teil soll für eine Kunststoffwinkel- Prüfmaschine sein (statt Flugzeug oder Rennfahrzeug).
Eine Rohrachse hat weniger W als ein Vollprofil.
Ein Vkt hat ein sehr viel größeres W als ein Rundprofil. Und auf das W kommt es doch an?

Gruß:
Manni
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Belastungsfälle einer Achse

Hallo Manni!
Schon, schon: auf das W kommt es doch an, AAABER:
Eine Rohrachse hat weniger W als ein Vollprofil.
... jedoch nur, wenn man Achsen mit gleichem AUSSENDURCHMESSER vergleicht.
Vergleicht man dagegen Achsen mit gleicher MASSE, hat die Rohrachse mehr W!

Ich hab die hohle Achse nur der Vollständigkeit halber ins Spiel gebracht;
ob die bei der gegenständliche Konstruktion Sinn macht,
kann allerdings nur der Jusi feststellen.
 

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