Berechnung eines Fußschalthebels

[Burnie117]

Guten Tag,

ich sitze gerade an einer Aufgabe mit der ich überhaupt nicht zurechtkomme. Vielleicht könnt ihr mir ein wenig helfen.

Skizze im Anhang!
Der skizzierte Fußschalthebel mit Schaltwelle wird durch eine maximale Kraft von Fmax = 1200 N belastet. Häufigkeit der Höchstlast gering, leichte Stöße. Rautiefe der Welle Rz = 40 µm. Werkstoff Welle und Hebel: S235JR. Die zulässige Biegespannung im Hebel beträgt sigma_bzul = 60 N/mm2. Berechnen Sie ...
a) die Profilmaße h und b für ein Bauverhältnis von und Wahl norm- und fertigungsgerechter Abmessungen;
b) das in der Schaltwelle wirkende maximale Biegemoment Mbmax;
c) das in der Schaltwelle wirkende Torsionsmoment Mt;
d) das Vergleichsmoment Mv (Hinweis: Biegung und Verdrehung wirken im gleichen Belastungsfall); e) die zulässige Biegespannung sigma_bzul in der Schaltwelle;
f) den Durchmesser d der Schaltwelle und Wahl eines gebräuchlichen Durchmessers.

Die Verbindung zwischen Schaltwelle und Hebelnabe soll über eine Passfeder oder ein Kerbzahnprofil erfolgen. Ermitteln Sie ...

g) die Passfederlänge l und die normgerechte Abmessung;
h) die tragende Länge ltr des Kerbzahnprofils.
i) Wählen Sie die geeignete Verbindung und begründen Sie Ihre Entscheidung.

Meine Überlegungen/Fragen:
a) A=b*h ; h=2b ; Wie komme ich dann auf A bzw. b? Mit sigma_bzul = F/A?
b) M_bmax=F*l ; hier bezieht sich die Länge auf die 120mm ?
c) M_t = F*l ; hier bezieht sich die Länge auf die 300mm ?
d) M_v=sqrt(M_bmax²+0,37*M_t²) Hierfür brauche ich b und c.
e) sigma_bzul(Welle)=(sigma_bD*b1*b2)/(v*ß_k) Aber hierfür brauche ich doch den Werkstückdurchmesser bzw. den Wellendurchmesser für b_2 ? Der soll aber erst in f) ausgerechnet werden.
f) W=(c_B*M_v)/sigma_bzul und dann über die W=(pi*d²)/32
g) l=l_tr+b
h) l_tr=(2*c_B*M_d)/((h-t)*d*p_zul)

 

[Burnie117]

zu e) hier handelt sich beim Durchmesser der Welle um einen geschätzten Wert. Hat sich also erledigt.

zu g) und h) Habe nicht aufgepasst.
Muss bei g) die Passfederlänge ausrechnen über die Formel die ich bei h) verwendet habe und dann nach Norm l bestimmen. Ich habe mich für Form B der Passfeder entschieden, dass heißt gleich aus der Tabelle mit l_tr eine Länge aussuchen.
Bei h) kenne ich keine Formel für die Länge von Kerbzahnprofien. Ich gehe davon aus, dass ich d_m ausrechnen muss und dann d_m in die Formel für l_tr einsetzen muss?

 

[Burnie117]

Hier der Anhang nochmal als Handskizze.

 

[Burnie117]

Guten Tag!

Es würde mir schon helfen wenn mir jemand sagt, ob meine Überlegung zu b) und c) stimmen.
Habe für...
b) 1200 N * 300 mm = 360000 Nmm

c) 1200N * 120 mm = 144000 Nmm

d) In die Formel eingesetzt und ausgerechnet M_v = 370502,79 Nmm

e) In die Formel eingesetzt mit folgenden Werten: Biegedauerfestigkeit= 150 N/mm² ; b1= 0,94 ; b2= 0,8 (geschätzt Wellendurchmesser: >30-60mm) ; v= 1,1 ; ß_k=1,8
sigma_bzul= 56,97 N/mm²

f) In die Formel eingesetzt mit folgenden Werten; c_B= 1,0
Wellendurchmesser =40,46 mm -> ausgeführt 44 mm

g) In die Formel eingesetzt mit folgenden Werten: c_B = 1,0 ; h =9 mm ; t1= 5,5 mm ; d= 44 mm ; p_zul= 110 N/mm²
l_tr = 17 mm -> gewählt: Passfeder Form B l x b x h = 18mm x 14 mm x 9 mm

h) Was ist mit der tragenden Länge des Kerbzahnprofils gemeint?

i) Eine Passfeder wäre hier die geeignetere Verbindung, da sie für die kleinen Drehmomente als Lagesicherung preiswerter und schneller herzustellen ist.

Gruß Burnie

 

[Derfnam]

Guten Tag!

Es würde mir schon helfen wenn mir jemand sagt, ob meine Überlegung zu b) und c) stimmen.
Habe für...
b) 1200 N * 300 mm = 360000 Nmm

c) 1200N * 120 mm = 144000 Nmm

d) In die Formel eingesetzt und ausgerechnet M_v = 370502,79 Nmm

e) In die Formel eingesetzt mit folgenden Werten: Biegedauerfestigkeit= 150 N/mm² ; b1= 0,94 ; b2= 0,8 (geschätzt Wellendurchmesser: >30-60mm) ; v= 1,1 ; ß_k=1,8
sigma_bzul= 56,97 N/mm²

f) In die Formel eingesetzt mit folgenden Werten; c_B= 1,0
Wellendurchmesser =40,46 mm -> ausgeführt 44 mm

g) In die Formel eingesetzt mit folgenden Werten: c_B = 1,0 ; h =9 mm ; t1= 5,5 mm ; d= 44 mm ; p_zul= 110 N/mm²
l_tr = 17 mm -> gewählt: Passfeder Form B l x b x h = 18mm x 14 mm x 9 mm

h) Was ist mit der tragenden Länge des Kerbzahnprofils gemeint?

i) Eine Passfeder wäre hier die geeignetere Verbindung, da sie für die kleinen Drehmomente als Lagesicherung preiswerter und schneller herzustellen ist.

Gruß Burnie

Hallo,
leider fehlt mir im Moment die Zeit das durchzurechnen.
Bei 1200 N Kraft glaube ich nie an einen Wellendurchmesser von 40/44 mm.

 

[Burnie117]

Hallo Derfnam,

ich habe b) und c) vertauscht. Ich komme jetzt auf einen Durchmesser von 38 mm.
Bei g) komme ich nun aber auf 57 mm und das scheint mir viel zu lang.

 

[Derfnam]

Guten Tag!

Es würde mir schon helfen wenn mir jemand sagt, ob meine Überlegung zu b) und c) stimmen.
Habe für...
b) 1200 N * 300 mm = 360000 Nmm

c) 1200N * 120 mm = 144000 Nmm

d) In die Formel eingesetzt und ausgerechnet M_v = 370502,79 Nmm
Rechne das mal nach

e) In die Formel eingesetzt mit folgenden Werten: Biegedauerfestigkeit= 150 N/mm² ; b1= 0,94 ; b2= 0,8 (geschätzt Wellendurchmesser: >30-60mm) ; v= 1,1 ; ß_k=1,8
sigma_bzul= 56,97 N/mm²
Sollte das nicht gem. Angabe 60N/mm² sein?

f) In die Formel eingesetzt mit folgenden Werten; c_B= 1,0
Wellendurchmesser =40,46 mm -> ausgeführt 44 mm
Rechne das mal vor.


i) Eine Passfeder wäre hier die geeignetere Verbindung, da sie für die kleinen Drehmomente als Lagesicherung preiswerter und schneller herzustellen ist.

OK.

Gruß:
Manni

 

[Derfnam]

Hallo Derfnam,

ich habe b) und c) vertauscht. Ich komme jetzt auf einen Durchmesser von 38 mm.
Bei g) komme ich nun aber auf 57 mm und das scheint mir viel zu lang.

Hallo Burnie,
Das kann alles m.E. gar nicht zutreffen.
Gruß:
Manni

 

[Burnie117]

Hallo Derfnam,

ich habe die Rechnung in den Anhang gestellt.
In Aufgabe e) ist nach der Biegespannung in der Schaltwelle gefragt. Die gegebenen 60 N/mm² beziehen sich auf den Hebel.

Gruß Burnie

 

[Burnie117]

Frohes Neues!

Bevor das Thema in Vergessenheit gerät, wäre es schön wenn sich das nochmal jemand anguckt. Ich habe in der letzten Zeit noch einige andere Themen behandelt und komme jetzt wieder zurück zu diesem hier. Zu a) hat sich nichts geändert.

Gruß
Burnie

 

[Vasi]

Aloha,

Mir ist klar das dieser Beitrag 2017 das letze mal bearbeitet wurde aber vielleicht hat ja hier wer einen Lösungsansatz für a) oder nen schubs in die richtige Richtung

Ich steh dafür anscheinend zu sehr auf dem Schlauch.

Gruß

Vasi

 

[Derfnam]

Aloha,

Mir ist klar das dieser Beitrag 2017 das letze mal bearbeitet wurde aber vielleicht hat ja hier wer einen Lösungsansatz für a) oder nen schubs in die richtige Richtung

Ich steh dafür anscheinend zu sehr auf dem Schlauch.

Gruß

Vasi

Schreibe hier einmal den Originaltext zu a) auf.
Im 1. Beitrag fehlt doch zum "Bauverhältnis" eine Zahl.
Die Beschreibung macht doch ohne eine konkrete Zahl für das Bauverhältnis keinen Sinn.

 

[Derfnam]

Aloha,

Mir ist klar das dieser Beitrag 2017 das letze mal bearbeitet wurde aber vielleicht hat ja hier wer einen Lösungsansatz für a) oder nen schubs in die richtige Richtung

Ich steh dafür anscheinend zu sehr auf dem Schlauch.

Gruß

Vasi

Hallo,
Teillösung

 

[Nordischpipz]

Auch ich beschäftige mich gerade mit der o.g. Einsendeaufgabe. Ich bin bislang auf folgende Erkenntnis gekommen.

Zu b) Biegemoment Mbmax.... Mein Ansatz:Mbmax = F*l => 1200N*120mm = 144000Nmm

Zu c) Torsionsmoment Mt.... Mein Ansatz: Mt=F*l (aufpassen, hier die 300mm) = 1200N*300mm = 360000Nmm

Zu d) Vergleichsmoment Mv...
- Laut Aufgabenstellung: gleicher Belastungsfall => 0,75 wählen
- Formel Mv = WURZEL(Mbmax²+0,75*Mt² = 343418,113Nmm

Zu e) Biegespannung Obzul der Schaltwelle
- Formel: Obzul = (Obd*b1*b2) / (v*betak)
- Heft durchsuchen : => Obd ist gleich Obw aus Tab 1.1 = 180N/mm²
b1 ist gleich 0,9 aus Tabelle 1.2
b2 ist gleich 0,8 aus Tabelle 1.3
v ist gleich Häufigkeit gering ist gleich 1,15
betak ist gleich Passfedernut in Welle = 1,8
- ergibt = (180N/mm2*0,9*0,8) / (1,15*1,8) = Obzul = 62,609 N/mm2

Zu f) Durchmesser der Welle
- Meiner Meinung nach ist es eine Vollwelle, da ich keine Hohlwelle auf dem Bild erkenne
- Formel: d=3.WURZEL(Mv/Obw)*3,7
- = 3,7*3.WURZEL(343418,113Nmm / 180N/mm2) = 45,890mm gewählter Wellendurchmesser 48mm

An dieser Stelle stocke ich ein wenig. Gefordert ist nun die Formel für das Kerbzahnprofil... Diese finde ich auch... dm=(d3+d1) / 2
Problem an der Sache ist, dass die Tabelle für d3 und d1 nur bis zu einem Durchmesser von 40mm geht... Diesbezüglich denke ich, bei mir hat sich ein kleiner Fehlerteufel eingeschlichen....

Zu Aufgabe a... tja... ich danke dir auf jeden Fall für deine Teillösung lieber Manfred... jedoch finde ich partout deine genutzte Formel nicht in meinem Script. Soll nicht heißen, dass sie dann falsch ist... ich werde es dann aber glaube ich drauf ankommen lassen und den Fernlehrer anschreiben...


Mit freundlichen Grüßen
Kolja ( Der, der sich noch separat vorstellt )

 

[Nordischpipz]

Ganz vergessen... hier dein gewünschter Text der org. Aufgabe:

Der skizzierte Fußhebel mit Schaltwelle wird durch eine maximale Kraft von Fmax=1200N belastet. Häufigkeit der Höchstlast gering, leichte Stöße.
Rautiefe der Welle Rz= 40um. Werkstoff Welle und Hebel S235JR. Die zulässige Biegespannung im Hebel beträgt Obzul = 60N/mm2.

a) Berechnen Sie die Profilmaße h und b für ein Bauverhältnis von h/b = 2 und Wahl norm- und fertigungsgerechter Abmessungen...

 

[Derfnam]

a) Berechnen Sie die Profilmaße h und b für ein Bauverhältnis von h/b = 2 und Wahl norm- und fertigungsgerechter Abmessungen...

Na siehste!
Das fehlte bisher.

 

[Vasi]

Sau geil danke

 

[Derfnam]

Ganz vergessen... hier dein gewünschter Text der org. Aufgabe:

Der skizzierte Fußhebel mit Schaltwelle wird durch eine maximale Kraft von Fmax=1200N belastet. Häufigkeit der Höchstlast gering, leichte Stöße.
Rautiefe der Welle Rz= 40um. Werkstoff Welle und Hebel S235JR. Die zulässige Biegespannung im Hebel beträgt Obzul = 60N/mm2.

a) Berechnen Sie die Profilmaße h und b für ein Bauverhältnis von h/b = 2 und Wahl norm- und fertigungsgerechter Abmessungen...

Hallo,
Vorschlag.
Gruß:
Manni

 

[Nordischpipz]

Danke für deine Mühe. Jetzt bin ich maximal verwirrt... bei Mbmax und Mt bin ich noch bei dir. Aber beim Wellendurchmesser komm ich nicht ganz hinterher... aber immerhin wäre dein Durchmesser wahrscheinlich passender als mein berechneter Durchmesser...

Aber was wäre an der von mir gewählten Formel falsch?

 

[Derfnam]

Danke für deine Mühe. Jetzt bin ich maximal verwirrt... bei Mbmax und Mt bin ich noch bei dir. Aber beim Wellendurchmesser komm ich nicht ganz hinterher... aber immerhin wäre dein Durchmesser wahrscheinlich passender als mein berechneter Durchmesser...

Aber was wäre an der von mir gewählten Formel falsch?

So wie ich das sehe, hast du die Welle so berechnet, als läge an der "Lagerstelle" auch eine PF- Nut vor.
Dort ist aber keine Passfeder, so dass entsprechende Faktoren zur Reduzierung der zul. Spannung entfallen.