Systematische Entwicklung einer wartungsarmen Antriebskette:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 1]
282 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XV, 208 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3183282011 |
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| adam_text | Titel: Systematische Entwicklung einer wartungsarmen Antriebskette
Autor: Kraus, Manfred
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Manfred Kraus, Herzogenaurach Systematische Entwicklung einer wartungsarmen Antriebskette Reihe I: Konstruktionstechnik/ Maschinenelemente Nr. 282
- V- Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der verwendeten Kurzzeichen.................................................................................XI Zusammenfassung.......................................................................................................................XV 1 Einleitung................................................................................................................................1 2 Grundlagen der Rollenkettengetriebe..................................................................................4 2.1 Aufbau eines Rollenkettengetriebes.............................................................................4 2.1.1 Aufbau der Rollenkette.................................................................................4 2.1.2 Das Kettenrad...............................................................................................4 2.1.3 Kinematik des Rollenkettengetriebes............................................................5 2.2 Dynamik des Kettengetriebes......................................................................................6 2.2.1 Zügige Belastung in der umlaufenden Kette.................................................6 2.2.2 Stoßartige Belastung.....................................................................................7 2.2.3 Bewegungs- und Kraftverhältnisse im Kettengelenk....................................9 2.2.4 Abknickgeschwindigkeit im Kettengelenk..................................................11 2.3 Schäden an Rollenkettengetrieben unter besonderer Berücksichtigung der Verhältnisse bei geringem Wartungsaufwand............................................................11 2.4 Der Gelenkverschleiß.................................................................................................12 2.5 Maßnahmen zur Verringerung des Gelenkverschleißes.............................................15 2.5.1 Beeinflussung der
Stoffeigenschaften von Grund- und Gegenkörper..........................................................................................................15 2.5.2 Beeinflussung der Formeigenschaften von Grund- und Gegenkörper..........................................................................................................lg 2.5.2.1 Verringerung der Übermaßpassung zwischen Buchse und Innenlasche .........................................................................18 2.5.2.2 Verwendung von fließgepreßten gekonten Buchsen ..................19 2.5.3 Beeinflussung des Zwischenstoffes des Tribosystems................................22 2.5.4 Beeinflussung des Beanspruchungskollektives...........................................22 2.6 Verringerung des Wartungsaufwandes bei Rollenkettengetrieben.............................23 3 Präzisierung des Entwicklungszieles..................................................................................24 3.1 Stand der Technik - Kettengetriebe mit verringertem Wartungsaufwand..................24 3.1.1 Analyse der O-Riitg-Kette...........................................................................25 3.1.2 Analyse der Kunststoffbuchsen-Kette.........................................................26 3.1.3 Ergebnis der Literaturrecherche..................................................................26 3.2 Definition des Begriffes Wartungsarme Kette ........................................................27 3.3 Ziel der Arbeit............................................................................................................27 3.4 Festlegen eines Entwicklungskonzeptes....................................................................28 3.5 Klären der Aufgabenstellung.....................................................................................28 3.5.1 Festlegen von Anforderungen für eine wartungsarme Kette.......................28 3.5.2
Anforderungsliste für eine wartungsarme Kette..........................................30
-VI- 4 Konzipieren einer Wartungsarmen Kette .....................................................................31 4.1 Technische Funktion des Kettengelenkes...................................................................31 4.2 Technische Lösungsvarianten für wartungsarme Kettengelenke...............................31 4 3 Vergleich der wartungsarmen und -freien Lagerwerkstoffe.......................................33 4.4 Auswahl von Lösungsvarianten.................................................................................37 5 Auswahl der Elemente für das Tribosystem Kettengelenk in der wartungsarmen Kette..........................................................................................................................39 5.1 Auswahl eines Sinterwerkstoffes für die Buchse.......................................................39 5.1.1 Grundlagen.................................................................................................39 5.1.1.1 Nachbehandlung von Sintetformleilen ......................................40 5.1.1.2 Verwendete Legierungen beim Sintern ......................................40 5.1.1.3 Mechanische Eigenschaften ......................................................41 5.1.1.4 Dauerfestigkeitsverhalten von Sinterwerkstoffen ......................42 5.1.2 Ölgetränkte Sinterlagerwerkstoffe...............................................................42 5.1.2.1 Belastbarkeit, Einsatzgrenzen und Reibungszahlen ölgetränkter Sinterlager ............................................................43 5.1.2.2 Reibungszahlen bei ölgetränkten Sinterwerkstoffen ..................45 5.1.3 Auswahl des Sinterwerkstoffes für eine Kettenbuchse................................45 5.1.4 Einflußfaktoren auf das Betriebsverhalten von Sinterwerkstoffen...............49 5.1.5 Erforderliches Lagerspiel............................................................................53
5.2 Auswahl eines Schmierstoffes...................................................................................53 5.3 Auswahl des Gegenlaufwerkstoffes...........................................................................54 5.3.1 Borierter Bolzen..........................................................................................55 5.3.2 Chemisch vernickelter Bolzen.....................................................................57 5.4 Zusammenfassung des Kapitels.................................................................................59 6 Experimentelle Überprüfung der getroffenen WerkstofTauswahl..................................60 6.1 Der Antriebsprüfstand...............................................................................................60 6.2 Der Verspannprüfstand..............................................................................................61 6.3 Der Einzelgelenkprüfstand.........................................................................................64 6.3.1 Merkmale und Aufbau................................................................................64 6.3.2 Funktionsweise...........................................................................................64 6.3.3 Vergleich der Verschleißbewährungsfolge zwischen Einzelgelenkprüfstand und Zweiradkettenprüfstand.............................................66 6.4 Versuchseinrichtungen zur Messung des Gelenkverschleißes...................................68 6.4.1 Kettenlängen-Meßeinrichtung.....................................................................68 6.4.2 Koordinatenmeßmaschine...........................................................................69 6.5 Versuchsparameter und Versuchsdurchführung........................................................71 6.6 Ergebnisse der
Vorversuche......................................................................................71 6.6.1 Ergebnisse und Diskussion der Montageversuche......................................71
- vn- 6.6.2 Ergebnisse der Verschleißversuche und Ermittlung der Schadensursache.........................................................................................71 6.6.2.1 Ermittlung der Schadensart ......................................................72 6.6.2.2 Formulierung einer Schadenshypothese ...................................77 6.7 Ansatzpunkte für eine Optimierung des Tribosystems Sintergleitlager im Kettengelenk .......................................................................................................79 7 Optimierungsschritte..........................................................................................................80 7.1 Genauigkeit der erfaßten Meßwerte und Meßwertdarstellung...................................80 7.1.1 Versuche auf dem Antriebs- und Verspannkettenprüfstand........................80 7.1.2 Versuche auf dem Einzelgelenkpriifstand...................................................81 7.2 Zusammenstellung aller durchgeführten Optimierungsschritte..................................82 7.3 Optimierung der Buchsenwanddicke.........................................................................84 7.3.1 Optimierungsziel.........................................................................................84 7.3.2 Geometrieänderungen und deren Auswirkungen........................................84 7.3.3 Versuchsparameter und Versuchsvarianten................................................84 7.3.4 Ergebnisse der Verschleißversuche.............................................................84 7.3.5 Diskussion der Verschleißversuche.............................................................85 7.3.6 Ableitung weiterer Optimierungsschritte....................................................85 7.4 Optimierung der Dichte des Buchsenwerkstoffes......................................................85 7.4.1
Optimierungsziel.........................................................................................85 7.4.2 Auswirkungen der Dichteänderung.............................................................85 7.4.3 Versuchsparameter und Versuchsvarianten................................................88 7.4.4 Ergebnisse der Verschleiß versuche.............................................................88 7. 4.4.1 Ergebnisse auf dem Zweiradkettenprüfstand ............................88 7. 4.4.2 Ergebnisse auf dem Einzelgelenkpriifstand ...............................90 7.4.5 Diskussion der Verschleißversuche.............................................................90 7.4.6 Ableitung weiterer Optimierungsschritte....................................................93 7.5 Optimierung des Schmierstoffes................................................................................93 7.5.1 Optimierungsziel.........................................................................................93 7.5.2 Auswirkungen der Schmierstoffanderungen...............................................93 7.5.3 Versuchsparameter und Versuchsvarianten................................................94 7.5.4 Ergebnisse der Verschleißversuche.............................................................94 7.5. 4.1 Ergebnisse auf dem Zweiradkettenprüfstand ............................94 7.5. 4.2 Ergebnisse auf dem Einzelgelenkpriifstand ...............................96 7.5.5 Diskussion der Verschleißversuche.............................................................97 7.5.6 Ableitung weiterer Optimierungsschritte....................................................98 7.6 Optimierung der Stoffeigenschaften des Sinterwerkstoffes.......................................98 7.6.1 Optimierungsziel.........................................................................................98 7.6.2 Einfluß des Abschreckens auf das Gefüge und
die Werkstoffeigenschaften...............................................................................................98 7.6.3 Versuchsparameter und Versuchsvarianten..............................................100
-Vffl- 7.6.4 Ergebnisse der Verschleißversuche...........................................................100 7. 6.4.1 Ergebnisse auf dem Zweiradkettenprüfstand ..........................100 7. 6.4.2 Ergebnisse auf dem Einzelgelenkprüfstand .............................102 7.6.5 Diskussion der Verschleißversuche...........................................................103 7.6.6 Ableitung weiterer Optimierungsschritte..................................................104 7.7 Optimierung der Stoffeigenschaften des Bolzenwerkstoffes....................................104 7.7.1 Optimierungsziel.......................................................................................104 7.7.2 Mögliche Auswirkungen des Bolzenwerkstoffes auf das Verschleißverhalten...................................................................................104 7.7.3 Versuchsparameter und Versuchsvarianten..............................................104 7.7.4 Ergebnisse der Verschleiß versuche...........................................................104 7.7. 4.1 Ergebnisse auf dem Zweiradkettenprüfstand ..........................104 7.7. 4.2 Ergebnisse auf dem Einzelgelenkprüfstand. ............................106 7.7.5 Diskussion der Verschleißversuche...........................................................106 7.7.6 Ableitung weiterer Optimierungsschritte..................................................108 7.8 Optimierung des Gelenkspiels.................................................................................108 7.8.1 Optimierungsziel.......................................................................................108 7.8.2 Mögliche Auswirkungen des Gelenkspiels auf das Verschleißverhalten....................................................................................................108 7.8.3 Versuchsparameter und Versuchsvarianten..............................................109 7.8.4 Ergebnisse der
Verschleiß versuche...........................................................109 7.8.5 Diskussion der V erschleißversuche...........................................................111 7.9 Zusammenfassung des Kapitels...............................................................................111 8 Überprüfung der Festigkeitseigenschaften der Buchse..................................................112 8.1 Werkstoffkennwerte von Buchse und Innenlasche...................................................112 8.1.1 Zugversuche..............................................................................................112 8.1.2 Druckversuche..........................................................................................113 8.1.3 Werkstoffkennwerte der Lasche................................................................116 8.2 Ermittlung der stationären Belastung.......................................................................117 8.2.1 Analytische Bestimmung der Spannungen und Verformungen in der Buchse............................................................................................117 8.2.2 Vergleich der analytisch ermittelten mit den gemessenen Verformungen.................................................................................................120 8.2.3 Ermittlung der Verformungen und Spannungen in der Buchse mit dem FE-Modell...................................................................................121 8.2.3.1 Vergleich der errechneten mit den gemessenen Verformungen ..........................................................................122 8.2.3.2 Bestimmung der Spannungen in der Buchse mit der FE-Methode ......................................................................123 8.3 Ermittlung der instationären Belastung................. 125 8.3.1 Stand der Technik - Analyse bekannter Ansätze zur Bestimmung des
Einlaufstoßes............................................................................125 8.3.2 Darstellung des eigenen Lösungsweges....................................................128
-IX- 8.3.3 B erechnung der Stoßmassen.....................................................................128 8.3.3. J Berechnung der reduzierten Keltenradmasse .........................128 8.3.3.2 Berechnung der reduzierten Kettenmasse ...............................129 8.3.4 Berechnung der Kontaktsteifigkeit............................................................134 8.3.4.1 Biegung des Kettenradzahnes .................................................134 8.3.4.2 Hertz sche Abplattung zwischen Zahn und Rolle ....................136 8.3.4.3 Hertz sche Abplattung zwischen Rolle und Buchse .................138 8.3.4.4 Hertz sche Abplattung zwischen Buchse und Bolzen ...............138 8.3.4.5 Biegung der Kettenbuchse .......................................................139 8.3.4.6 Deformation der Kettenbuchse ................................................140 8.3.4.7 Biegung des Kettenbolzens ......................................................143 8.3.4.8 Berechnungsergebnisse der Steifigkeiten des betrachteten Kettengetriebes .......................................................145 8.3.5 Berechnung der Trumsteifigkeit................................................................148 8.3.5.1 Berechnungsweg ......................................................................148 8.3.5.2 Berechnungsergebnisse der Trumstefigkeit des betrachteten Kettengetriebes ...................................................149 8.3.6 Berechnung der Stoßgeschwindigkeit.......................................................150 8.3.7 Berechnung der Stoßkraft.........................................................................151 8.3. 7 .1 Berechnung der Stoßkraft am ungefesselten Zwei- Massen-Stoßmodell .................................................................151 8.3.7.2 Berechnung der Stoßkraft am gefesselten Zwei- Massen-Stoßmodell .................................................................152
8.3.7.3 Ergebnisse der Stoßkraftberechnung für die wartungsarme Kette .......................................................................156 8.3.8 Einfluß der Dämpfung auf die Stoßkraft...................................................159 8.3.9 Zusammenfassung und Bewertung des entwickelten Berechnungsweges und Vergleich mit experimentellen Untersuchungen............160 8.4 Festigkeitsnachweis für die gesinterte Buchse.........................................................160 8.4.1 Ergebnisse der instationären Beanspruchung und deren Diskussion.................................................................................................160 8.4.2 Auswahl einer Festigkeitshypothese..........................................................163 8.4.3 Festigkeitsnachweis mit der modifizierten Schubspannungshypothese..................................................................................................165 8.5 Zusammenfassung des Kapitels...............................................................................166 9 Einfluß der Belastung auf das Verschleißverhalten.......................................................167 9.1 Ergebnisse und Diskussion der Versuche zum Einfluß der Belastung auf das Verschleißverhalten.....................................................................................167 9.2 Ergebnisse und Diskussion der Versuche zum Einfluß der Kettengeschwindigkeit auf das Verschleißverhalten..........................................................169 9.3 Hinweise für den praktischen Einsatz......................................................................172 10 Ausblick..............................................................................................................................173
-X- Anhang zu Kapitel 3 3-A Daten für die zu entwickelnde wartungsarme Kette................................................174 Anhang zu Kapitel 8 8-A Grundlagenbetrachtung zur Überführung des exzentrischen Stoßes auf einen zentrischen Stoß.......................................................................................175 8-B Bestimmung der Masse und des Massenträgheitsmomentes von Innen- und Außenglied........................................................................................................178 8-C Berechnung der Zahndicke......................................................................................181 8-D Berechnung der Durchbiegung der Kettenbuchse....................................................182 8-E Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den Versuchsergebnissen......................184 8-F Datensätze der untersuchten Kettengetriebe............................................................189 8-G Ergebnisse der analytischen Berechnung der Spannungen in der Buchse für die Dichten 6,05, 6,2 und 6,6 g/cm 3 .....................................................190 8- H Ergebnisse der Umlaufbiegeversuche mit einer Rapid-Ü-Probe für den Sinterwerkstoff der wartungsarmen Kette.........................................................191 Anhang zu Kapitel 9 9- A Verschleiß versuch zur Bestimmung des pv-Wertes...............................................192 Literaturverzeichnis 193
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