Prof. Dr.-Ing. Andreas Meyer-Eschenbach, HAW Hamburg, Konstruktion C Laboreinführung Sommersemester 2016 1
Konstruktion C LaborLaboreinführungOrganisationGrundlagenerste Übersicht über VersucheRheologie und Tribologie
Einteilung in Laborteams am Ende
HAW Hamburg
Technik und InformatikFakultät TI
Diese Folien sind nur für Lehrzwecke an der HAW Hamburg bestimmt !
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Vorstellung
Vorstellung
Prof. Dr.-Ing.Andreas Meyer-Eschenbach
Dipl.-Ing.Niels Eiben
Dipl.-Ing.Thomas Rieling
Institut für Konstruktion und ProduktentwicklungLabor für Maschinenelemente und Tribologie
Sprechstunde: Di. 3. u. 4. Viertel
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Inhalte der 1. Laboreinführung
Inhalt
Vorstellung
1 Laborräume2 Organisation
3 Grundlagen zur Tribologie4 Grundlagen zu Schmierstoffen
5 Laborversuche6 Laborversuche zu Verzahnungen
Rheologie und Tribologie
offene FragenEinteilung in Laborteams
4
Labor für Maschinenelemente und Tribologie (MuT)
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Büro
Tribologie-versuche
Tribologie-auswertung
1 Labore
Getriebe-versuche
5
Labor für Maschinenelemente und Tribologie (MuT)
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1 Labore
6
Labor für Maschinenelemente und Tribologie (MuT)
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1 Labore
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Laborversuche
Welche Laborversuche führen Sie durch ?
• Verzahnungsanalyse
• Wirkungsgradermittlung eines Zahnradgetriebes
• Getriebeanalyse
• Reibwertermittlung
• Schmierfettuntersuchung
• Verschleißuntersuchung (Mikroskopie)
• Betriebsstoffuntersuchung
• Getriebeanalyse
• ….
....2 Organisation
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Ablauf der Laborübungen
2 Organisation und Übersicht
Folien der von der Homepage laden (MuT)
Drucken im Maßstab 1:1 (nicht verkleinert)
Folien lesen/studieren
Vorbereiten
auf die
Übung
Sicherheitshinweise beachten !
Aufmerksames Verfolgen und Analysieren der Inhalte
Bei Bedarf Rückfragen stellen
Bearbeiten der gestellten Seminaraufgaben
Beantworten der gestellten Fragen
Aktiv
teilnehmen
an Übung
(Seminar)
Selbstständiges Dokumentieren der Übung
Termingerechtes Abgeben des Protokolls
Nachbereiten
der Übung
����
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Vereinbarungen – Spielregeln zu Kon4 Labor
Was erwarten wir von Ihnen?
Unterstützung des Labors durch aktive Vorbereitung,Beteiligung und Nachbereitung...
Pünktlich und vorbereitet erscheinenSicherheitshinweise beachten !………
geeignetes Feedback: Feedbackmail, Kurzevaluation
08:15Konkrete Spielregeln
10:00
2 Organisation und Übersicht
10
Tribologie (vgl. KonA und KonB)
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Bei welchen Maschinenelementen haben Sie bisherKenntnisse zur Tribologie angewendet ?
3 Grundlagen zur Tribologie
Bei welchen Maschinenelementen haben Sie Verschleißdurch Reibung erkannt ?
µµµµ Reibwert,( auch νννν oder f )
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Festkörper reibung (trockene Reibung)
Reibungszustände
Misch reibung
Flüssigkeits reibung
3 Grundlagen zur Tribologie
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Reibungszustände im Gleitlager
Trockene Reibung:Lagerkräfte durch Festkörperkontakt übertragen.Gleitlager muss Reibungskraft der Festkörperreibung überwinden.Energieverlust, Erwärmung, Verschleiß.Gleitlager braucht großes Spiel.
nach Spyzin, N. A.: Ausgewählte Kapitel über neuzeitliche Maschinenelemente. VEB Verlag Technik Berlin, 1955. Seite 169. (Beitz 13.022)
Halbflüssige- oder Mischreibung:Lagerkräfte durch Festkörperkontakt und Fluid übertragen.Gleitreibungszahl niedriger.
Flüssigkeitsreibung:Lagerkräfte durch Fluid (Öldruck oder Gasdruck) übertragen.Deutlich niedrigere Gleitreibungszahl. Verschleißfrei.
3 Grundlagen zur Tribologie
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Analogien zur hydrodynamischen Schmierung
Aquaplaning
Gleitphase bei Booten
3 Grundlagen zur Tribologie
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Stribeck-Kurve
nach Beitz, Bild 13.023
Gle
itrei
bung
szah
l / R
el. B
etrie
bsla
gers
piel
Drehzahl
sei konstant
3 Grundlagen zur Tribologie
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Wälzlagerlebensdauer
La = a1 ���� a23 ���� f t ���� L 10 (Modifizierte Lebensdauergleichung)
a1 Lebensdauerbeiwert für Erlebenswahrscheinlichkeit
(90%: 1, 95%: 0,62, 96%: 0,53, 97%: 0,44, 98%: 0,33, 99%: 0,21)
a2 Lebensdauerbeiwert für Werkstoff , Wärmebehandlung
a3 Lebensdauerbeiwert für Betriebsbedingungena2 • a3 = a23 als Zusammenfassung der Einflüsse von a2 und a3
ft Temperaturfaktor (150°C: 1, 200°C: 0,73, 250°C: 0,42, 300°C: 0,22)
3 Grundlagen zur Tribologie
p
P
CL
=L Lebensdauer in 106 UmdrehungenC Tragzahl (abhängig vom Lagertyp)P äquivalente Lagerbelastungp Beanspruchungskomponente
p = 3 für Rillenkugellager undp = 10/3 für Rollenlager)
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a23-Beiwert
Bereich I: Höchste Sauberkeit (Übergang zur Dauerfestigkeit)
Bereich II: Normale Sauberkeit
Bereich III:Ungünstige Schmier-bedingungen
κ Viskositätsverhältnisν Betriebsviskosität des
Schmierstoffsν1 Bezugsviskosität
Quelle: FAG Industrial Bearings AG (Hrsg.): FAG Wälzlager. Katalog WL 41 520/3 DB, Schweinfurt, 1999, S.45
Grenzschicht-reibung
Hydrodyn.ReibungMischreibung
3 Grundlagen zur Tribologie
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Wirkprinzip reibschlüssiger Kupplungen
Mechanisches Modell:nach VD1 2241
zR: Anzahl d. Reibpaarungen = 1 MK =
MK MK
FNFN
rm
MK
AntriebJA,ω10
LastJL ,ω20
MLMA
Motor Schwung-rad
Getriebe Last
µµµµ • FN • rm • zR
3 Grundlagen zur Tribologie
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Ausgewählte Reibpaarungen
Nasslauf Trockenlauf
Sinter-bronze/Stahl
Papier/Stahl
Sinter-bronze/Stahl
organ.Beläge/Guss
Gleitreibungszahl µ 0,05bis 0,10
0,10bis 0,12
0,15bis 0,30
0,3bis 0,4
max. Gleitgeschwindigkeit[m/s]
40 30 25 40
max. Reibflächenpressung[N/mm²]
4 2 2 1
zul. Reibleistung qA,zul.[W/mm²]
1,5bis 2,5
1,0bis 2,0
1,5bis 2,0
3,0bis 6,0
3 Grundlagen zur Tribologie
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Viskosität
Viskosität: Maß für die Zähflüssigkeit eines Fluids
Hohe Viskosität: sehr zähflüssiges (sehr dickflüssiges) Fluid
Niedrige Viskosität: wenig zähflüssiges (sehr dünnflüssiges) Fluid
Was bedeutet Viskosität einer Flüssigkeit ?
dynamische Viskosität: 1 Ns/m2 = 1 Pa·s
Beispiele für dynamische Viskosität von Fluiden bei 20°C in mPa·s :
Luft 0,02
Wasser 1
Olivenöl 100
Honig 10.000
Werte leicht gerundet
4 Grundlagen zu Schmierstoffen
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x
yz
h (y)vx
vx =0
vx Platte
Fb
l
dynamische Viskosität:
kinematische Viskosität:
Was ist Viskosität ?
Newton‘scher Schubspannungsansatz
dy
d xvητ =
ρη=v
ηηηη = dynamische Zähigkeit/Viskosität [Ns/m²] [Pa s]
ρρρρ = Dichte
4 Grundlagen zu Schmierstoffen
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Newton‘scher Schubspannungsansatz
Geschwindigkeitsdifferenzen im Fluid bei hydrodynami schen GleitlagernGleitbewegung von parallelen Schichten.Schubspannung τ nach Newton‘schem Schubspannungsansatz:
dy
dvητ = η = dynamische Zähigkeit/Viskosität [Ns/m²] [Pa s]η groß � höherer Druckwiderstand, aber auch höhere Reibung
Wasser: 0,001 Ns/m2 bei 20°Olivenöl: 0,1 Ns/m2
Honig: 1,5 Ns/m2
Luft: 0,000018 Ns/m2
r
ω v = ω ⋅ r
v = 0
4 Grundlagen zu Schmierstoffen
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Luftlagerprüfstand
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Versuche zur Rheologie und Tribologie
5 Laborversuche
s. Vortrag von Herrn Rieling direkt im Anschluss
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Versuche zu Zahnradgetrieben (Montageablauf)
5 Laborversuche
Montageablaufeines Stirnradgetriebes
25
Verzahnungen in einem Stirnradgetriebe
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Getriebemotor mit 3-stufigem Stirnradgetriebemit 4 parallelen Wellen und 3 verschiedenen Achsabständen
Quelle: Getriebebau NORD, Produktkatalog6 Versuche zu Verzahnungen
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Verzahnungsmodell
Ziel der Analyse:
Messtechnische und rechnerische Ermittlung der relevanten Abmessungen undKlärung von deren Einfluss auf funktionale Eigenschaften der Verzahnun g,wie z.B. Zahneingriff, Kopfspiel, Flankenspiel, …
6 Versuche zu Verzahnungen
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Aufbau des Verzahnungsmodells
Grundplatte mitdrehbar gelagertem Stahlritzel in der Mitteundvier baugleichen Kunststoffzahnrädern,die jeweils in leicht unterschiedlichen Achsabständen angeordnet sind undebenfalls drehbar gelagert sind.
Alle Zahnräder sind evolventenverzahnt, besitzen einem Normmodul nach DIN und sind ohne Profilverschiebung gefertigt.
6 Versuche zu Verzahnungen
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Ermittlung der relevanten Daten
Ermitteln Sie die Zähnezahl der Zahnräder und vermessen den Achsabstand !
Bestimmen Sie mit diesen Daten den Modul und berechnen Sie alle relevanten Maße der Zahnradpaarung !
Tragen Sie die berechneten Werte in eine Tabelle ein messen Sie (soweit möglich)an den tatsächlichen Bauteilen nach und tragen die Messwerte ebenfalls in die Tabelle ein !
6 Versuche zu Verzahnungen
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Versuche zu Zahnradgetrieben (Verzahnungsmodell)
Vermessung,Berechnung und Überprüfung an einem Verzahnungsmodell
6 Versuche zu Verzahnungen
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Sammlung der relevanten Daten
Berechnet Gemessen
Zähnezahl z1 (Ritzel)
Zähnezahl z2…5
Achsabstand a
Modul m
Teilkreis -Ø
Kopfkreis -Ø
Fußkreis -Ø
Wälzkreis -Ø
Flankenspiel
Kopfspiel
Eingriffslänge
Maße in mm6 Versuche zu Verzahnungen
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Verzahnungsmodell
6 Versuche zu Verzahnungen
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Verzahnungsmodell
Kopfspiel
Flankenspiel
6 Versuche zu Verzahnungen
Weiterführende Fragen zum Verzahnungsmodell
1. Welche Übersetzung hat eine Zahnradpaarung (Ritzel und Zahnrad) ?
2. Wäre das Zähnezahlverhältnis in der Praxis sinnvoll ?Welche konkrete Verbesserung würden Sie vornehmen, wenn die Übersetzung weitgehend gleich sein soll ?
3. Welchen Einfluss hat der Achsabstand auf die Funktion ?
4. Wie kann man die Übersetzung ändern, wenn weder der Achsabstand noch der Modul geändert werden sollen ?Schlagen Sie eine konkrete Änderung vor !
5. Wie verändern sich die funktionsrelevanten Durchmesser und die Eingriffslänge nach der soeben vorgeschlagenen Änderungsmaßnahme ?
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6 Versuche zu Verzahnungen