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Autor Thema:   Statischer und dynamischer Nachweis einer Welle (711 mal gelesen)
Peter Rub
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erstellt am: 12. Mai. 2019 14:21    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo,

ich will eine Welle konstruieren. Die Welle soll auf eine Probe eine Last aufbringen und dann wegfahren. Dabei treten Biege- und Torsionsmomente. Eine Zugkraft wirkt immer. Die Biege- und Torsionsmomente wirken nur beim aufbringen der Last. Die aufzubringende Kraft soll konstant sein. Die Welle hat Passfedernuten, Bohrungen, usw.

Die Frage, welche mich beschäftigt ist, welcher Sicherheitsnachweis muss für die Welle erbracht werden, statisch oder dynamisch?

Eine weitere Frage ist: Reicht ein S=1,5?

Vielen Dank im Voraus!

[Diese Nachricht wurde von Peter Rub am 12. Mai. 2019 editiert.]

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N.Lesch
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WF 4

erstellt am: 12. Mai. 2019 16:50    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Peter Rub 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo, wenn sich die Welle dreht, ist das Biegewechsel Beanspruchung und damit dynamisch. Je nach Drehzahl und Lebensdauer mußt Du die Wöhlerkurven berücksichtigen.
Ob der Sicherheitsfaktor von 1,5 ausreicht, hängt davon ab was pasiert wenn die Welle sich zuviel verformt oder bricht.
Ich nehme an , daß Du mit S den Sicherheitsfaktor meinst. 
Wenn die Belastungen alle gleichzeitig wirken können, mußt Du die bei der Berechnung auch alle einkalkulieren.
Wenn beim Drehen keine Belastung auftreten kann, kannst Du eventuell  auch statisch
rechnen.  Mehr geht aus Deinen Angaben nicht hervor.

------------------
Klaus

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Peter Rub
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erstellt am: 12. Mai. 2019 17:06    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Zitat:
Original erstellt von N.Lesch:
Hallo, wenn sich die Welle dreht, ist das Biegewechsel Beanspruchung und damit dynamisch. Je nach Drehzahl und Lebensdauer mußt Du die Wöhlerkurven berücksichtigen.
Ob der Sicherheitsfaktor von 1,5 ausreicht, hängt davon ab was pasiert wenn die Welle sich zuviel verformt oder bricht.

Das Bauteil soll unter keinen Umständen verformt werden!! Das bedeutet, dass die Werte auf Rp0,2 bezogen werden müssen.

Zitat:
Original erstellt von N.Lesch:
Ich nehme an , daß Du mit S den Sicherheitsfaktor meinst. 
Wenn die Belastungen alle gleichzeitig wirken können, mußt Du die bei der Berechnung auch alle einkalkulieren.

Meinst du damit die Berechnung des Sicherheitsfaktors?

Zitat:
Original erstellt von N.Lesch:

Wenn beim Drehen keine Belastung auftreten kann, kannst Du eventuell  auch statisch
rechnen.  Mehr geht aus Deinen Angaben nicht hervor.


Das ist halt die Frage, welche ich nicht beantworten kann, dynamisch oder statisch?

Die Funktion ist folgendermaßen: Beim Drehen der Welle im Uhrzeigersinn wird auf eine Probe eine Last durch Drücken ausgeübt und auf die Welle wirken dabei Torsions- und Biegemomente. Diese sollen während des Vorganges möglichst konstant sein.  Anschließend wird die Welle gegen den Uhrzeigesinn gedreht. Dabei wird die Probe entspannt. Es können dabei Rückstellkräfte auf die Welle durch die Probe wirken.

Das soll das Vorgehen sein.

[Diese Nachricht wurde von Peter Rub am 12. Mai. 2019 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Peter Rub am 12. Mai. 2019 editiert.]

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Leo Laimer
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erstellt am: 12. Mai. 2019 18:03    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Peter Rub 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,

Erinnerung aus dem Unterricht in grauer Vorzeit:
"Sobald sich irgendetwas bewegt, muss dynamisch berechnet werden".
Wenn das ganze System rein statisch wäre, würde man das Bauteil gar nicht "Welle" nennen.

------------------
mfg - Leo

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Peter Rub
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erstellt am: 12. Mai. 2019 18:14    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Dachte ich auch, nur in den Büchern ist eben bei statisch der Kraftverlauf abgebildet, welcher meinem entspricht. Aus diesem Grund wollte ich es nochmal fragen.

Das heißt, dass der Wert für sigmazul= sigma/S mit S=4 ist oder reicht es aus mit sigmazul=Rp0,2/S mit S=1,5??

[Diese Nachricht wurde von Peter Rub am 12. Mai. 2019 editiert.]

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N.Lesch
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WF 4

erstellt am: 12. Mai. 2019 20:47    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Peter Rub 10 Unities + Antwort hilfreich

Ein Stahlteil verformt sich immer unter Belastung. Die elastische Verformung federt wieder zurück und ist meistens unkritisch.
Kritischer ist die plastische oder bleibende Verformung.
Da sind die Grundlagen der Festigkeitslehre .
Rp0,2 hat bei irgendwie wechselder Belastung gar nichts zu suchen.
Das geht nur bei ruhender, also rein statischer Belastung.
Da geht nur Rp.
Die dynamische Belastung kann man nicht einfach mit einem Faktor erledigen.  Da ist auch die Art und der Wert der Dynamik wichtig.
Z.B Biegewechsel oder schwellende Belastung.
Man muß sich schon gründlich in das Thema einarbeiten, sonst geht das schief.

------------------
Klaus

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Peter Rub
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erstellt am: 12. Mai. 2019 22:03    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Kraft.png

 
Zitat:
Original erstellt von N.Lesch:
Ein Stahlteil verformt sich immer unter Belastung. Die elastische Verformung federt wieder zurück und ist meistens unkritisch.
Kritischer ist die plastische oder bleibende Verformung.
Da sind die Grundlagen der Festigkeitslehre .
Rp0,2 hat bei irgendwie wechselder Belastung gar nichts zu suchen.
Das geht nur bei ruhender, also rein statischer Belastung.
Da geht nur Rp.

Die aufgeschriebenen Formeln habe ich aus dem Roloff/Matek übernommen. Dort ist der Wert Rp0,2 für duktile Werkstoffe aufgeführt.

Außerdem ist es mir wichtig, dass es bei Bauteilen keine bleibenden Verformungen gibt und wenn die Spannung den Wert Rp0,2 übersteigt dann gibt es bleibende Verformungen.


Zitat:
Original erstellt von N.Lesch:

Die dynamische Belastung kann man nicht einfach mit einem Faktor erledigen. Da ist auch die Art und der Wert der Dynamik wichtig.
Z.B Biegewechsel oder schwellende Belastung.


Das ist glaube ich mein Problem. Ich kann meine Belastung nicht so richtig einordnen. Ich würde sie eigentlich bei statisch einordnen, aber wie  bereits gesagt wurde es finden dynamische Prozesse statt. (Bewegungen)

Im Bild ist der Kraftverlauf über die Zeit dargestellt. Es gibt eine Hinfahrt (Belasten der Probe). Nach einer bestimmten Zeit gibt es eine Rückfahrt mit einem Entspannen der Probe mit möglichen Rückstellkräften (müssen nicht auftreten. Kann auch sein, dass nur Kräfte wirken, um alles in die Ausgangslage zu bringen).
Da die Kraft langsam ansteigt und anschließend konstant ist, würde ich wie gesagt als statische Belastung ansehen. Es sind aber bewegliche Teile, weshalb ich verwirrt bin?????   Könnte bitte jemand Klarheit schaffen???  


[Diese Nachricht wurde von Peter Rub am 12. Mai. 2019 editiert.]

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Peter Rub
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erstellt am: 13. Mai. 2019 13:55    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

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HendrikWap
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Unter Biegebelastung rotierende Welle = dynamisch --> das steht ja schon oben

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Torsten Niemeier
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erstellt am: 13. Mai. 2019 15:06    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Peter Rub 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von Leo Laimer:
Hallo,

Erinnerung aus dem Unterricht in grauer Vorzeit:
"Sobald sich irgendetwas bewegt, muss dynamisch berechnet werden".
Wenn das ganze System rein statisch wäre, würde man das Bauteil gar nicht "Welle" nennen.


Sorry Leo, aber das halte ich für doppelt falsch.
Statisch/dynamisch bezieht sich hier auf die Form des Auftretens der Belastung.
Dynamisch wird es in dem Moment, wenn (gesehen vom Bauteil aus) sich die Richtung der Belastung über die Zeit ändert, oder deren Stärke.
Eine Welle ist per Definition ein Bauelement, welches ein Drehmoment überträgt. Stelle man sich nun z.B. eine Kreiselpumpe vor, die, einmal eingeschaltet, immer denselben Massestrom liefern muss, so wäre die Torsionsbelastung der Pumpenwelle statisch. Unterliegt die Welle dann zudem keiner Biegung, z.B. bei einem senkrecht stehenden Axiallüfter, so wäre die gesamte Belastung statisch, da sich weder das Torsionsmoment, noch die Zug-/Druckkräfte in der Welle hinsichtlich Richtung oder Zeit ändern.

Just my 2ct.

[Diese Nachricht wurde von Torsten Niemeier am 13. Mai. 2019 editiert.]

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Peter Rub
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Zitat:
Original erstellt von Torsten Niemeier:

Sorry Leo, aber das halte ich für doppelt falsch.
Statisch/dynamisch bezieht sich hier auf die Form des Auftretens der Belastung.
Dynamisch wird es in dem Moment, wenn (gesehen vom Bauteil aus) sich die Richtung der Belastung über die Zeit ändert, oder deren Stärke.
Eine Welle ist per Definition ein Bauelement, welches ein Drehmoment überträgt. Stelle man sich nun z.B. eine Kreiselpumpe vor, die, einmal eingeschaltet, immer denselben Massestrom liefern muss, so wäre die Torsionsbelastung der Pumpenwelle statisch. Unterliegt die Welle dann zudem keiner Biegung, z.B. bei einem senkrecht stehenden Axiallüfter, so wäre die gesamte Belastung statisch, da sich weder das Torsionsmoment, noch die Zug-/Druckkräfte in der Welle hinsichtlich Richtung oder Zeit ändern.

Just my 2ct.

[Diese Nachricht wurde von Torsten Niemeier am 13. Mai. 2019 editiert.]


Jetzt bin ich verwirrt. Ich habe mir das auch zuerst so gedacht, dass bei einer konstanten Belastung die Bauteile als statisch ausgelegt werden sollen.

Ich verstehe nur nicht, was passiert wenn die Bauteile in eine andere Richtung nach z.B. t=120s eine deutlich geringere Kraft in die andere Richtung erfahre. Ist es dann immernoch statisch oder bereits dynamisch? 

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Torsten Niemeier
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erstellt am: 13. Mai. 2019 15:52    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Peter Rub 10 Unities + Antwort hilfreich

"deutlich geringer" und "andere Richtung" gibt da doch einen ganz guten Hinweis, oder?

Also: dynamisch und auf Wechselfestigkeit
Bei FKM wäre es eine wechselnde Belastung um den mittleren Wert.
Keine Ahnung, was heute so im R/M dazu steht.

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Peter Rub
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erstellt am: 13. Mai. 2019 16:12    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Zitat:
Original erstellt von Torsten Niemeier:
"deutlich geringer" und "andere Richtung" gibt da doch einen ganz guten Hinweis, oder?

Also: dynamisch und auf Wechselfestigkeit
Bei FKM wäre es eine wechselnde Belastung um den mittleren Wert.
Keine Ahnung, was heute so im R/M dazu steht.


Kurze Zusammenfassung für unverständliche wie mich:

Konstante Anbringung in eine Richtung und eine anschließende Rückbewegung aller Bauteile in die andere Richtung (keine Kraftanbringung auf die Probe) ist eine dynamische Last, ich vermute mal schwellende Belastung. Habe ich das richtig verstanden? Ich bin mir nur unsicher, weil es nur ein Zyklus ist und dieser relativ lange dauert.

Was soll den FKM sein?

[Diese Nachricht wurde von Peter Rub am 13. Mai. 2019 editiert.]

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Torsten Niemeier
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erstellt am: 13. Mai. 2019 19:46    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Peter Rub 10 Unities + Antwort hilfreich

https://de.m.wikipedia.org/wiki/FKM-Richtlinie

Offenbar orientiert sich der R/M heutzutage daran.
Naja, meiner noch nicht. 

[Diese Nachricht wurde von Torsten Niemeier am 13. Mai. 2019 editiert.]

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Wyndorps
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...

erstellt am: 14. Mai. 2019 16:55    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Peter Rub 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von Peter Rub:
Hallo,

ich will eine Welle konstruieren. Die Welle soll auf eine Probe eine Last aufbringen und dann wegfahren. Dabei treten Biege- und Torsionsmomente. Eine Zugkraft wirkt immer.



Wenn die ständig wirkende Zugkraft sich auch in der Höhe nicht verändert wäre die Zug-Nennspannung statisch.

Zitat:
Original erstellt von Peter Rub:
Die Biege- und Torsionsmomente wirken nur beim aufbringen der Last. Die aufzubringende Kraft soll konstant sein.

Das hört sich nach einer schwellende (bei Richtungswechsel eventuell wechselnden) Torsionsbeanspruchung an. Unter der Annahme, dass sich die Welle unter einem raumfesten Biegemoment dreht, müsste hier von einer rein wechselnden Biegespannung ausgegangen werden.


Zitat:
Original erstellt von Peter Rub:
Die Welle hat Passfedernuten, Bohrungen, usw.

Daraus ergeben sich Kerbwirkungen, die zu berücksichtigen sind.

Zitat:
Original erstellt von Peter Rub:
Die Frage, welche mich beschäftigt ist, welcher Sicherheitsnachweis muss für die Welle erbracht werden, statisch oder dynamisch?


Beide: Der statische Sicherheitsnachweis gegen Fließen und der dynamische für Dauerfestigkeit. Die Regularien dazu regelt DIN 743.

Zitat:
Original erstellt von Peter Rub:
Eine weitere Frage ist: Reicht ein S=1,5?

Wohl eher nicht. Ich habe die DIN 743 jetzt nicht vorliegen, meine aber dass bei dynamischer Beanspruchung eine Sicherheit von 2 bis 3 empfohlen wird.

Das Ganze sollte für Maschinenbauer/Konstrukteure zum Grundlagenwissen gehören!

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"Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, daß die Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist."  (Stanislaw Jerzy Lec)

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Leo Laimer
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erstellt am: 15. Mai. 2019 16:07    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Peter Rub 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von Torsten Niemeier:

...
Stelle man sich nun z.B. eine Kreiselpumpe vor, die, einmal eingeschaltet, immer denselben Massestrom liefern muss, so wäre die Torsionsbelastung der Pumpenwelle statisch. Unterliegt die Welle dann zudem keiner Biegung, z.B. bei einem senkrecht stehenden Axiallüfter, so wäre die gesamte Belastung statisch, da sich weder das Torsionsmoment, noch die Zug-/Druckkräfte in der Welle hinsichtlich Richtung oder Zeit ändern.
...


Das Beispiel kann einen idealisierten Betriebsfall darstellen, aber grad bei einer Pumpe muss man davon ausgehen dass es auch andere Belastungen geben kann:
Einschalten/Ausschalten, Unwuchten, Druckstöße im Rohrsystem, usw.

Wenn ich die Beschreibung des Fragenden oben richtig gelesen habe, wird da ein immer wiederkehrender Zyklus gefahren, der Linear- und Rotationsbewegungen beinhaltet.
Das ist auf jeden Fall dynamisch.

Bei der Frage, wie man das dann konkret berechnen müsste klinke ich mich mangels belastbarem Wissen vorsichtshalber aus.

------------------
mfg - Leo

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Leo Laimer
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Doppelpost gelöscht...

[Diese Nachricht wurde von Leo Laimer am 15. Mai. 2019 editiert.]

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Peter Rub
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erstellt am: 15. Mai. 2019 23:13    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Zitat:
Original erstellt von Wyndorps:
Wohl eher nicht. Ich habe die DIN 743 jetzt nicht vorliegen, meine aber dass bei dynamischer Beanspruchung eine Sicherheit von 2 bis 3 empfohlen wird.

Das Ganze sollte für Maschinenbauer/Konstrukteure zum Grundlagenwissen gehören!


Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Hat mich in meiner Behauptung bestärkt.

Der Wert S=1,5 war als S_Fmin (Sicherheit gegen Fließen) gemeint, eben für die statische Blestung. Mir ist natürlich bekannt, dass S_Dmin einen Wert von 3 bis 4 haben soll.

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