---

bild_2.JPG bild_3.JPG

Hallo,

in einer Projektarbeit im Rahmen meines Studiums (Maschinenbau) soll eine Untersuchung einer Welle-Nabe-Verbindung durchgeführt werden. Das ganze soll mittels ProMechanica geschehen.

Dabei sollen die in der Nabe auftretenden Spannungen ermittelt werden, die durch einbringen eines Momentes durch die Achse entstehen. Die Verbindung erfolgt formschlüssig über eine polygon-ähnliche Form.
Das CAD-Modell habe ich bereits erstellt und erste Versuche in Mechanica gestartet.
Ich habe zunächst allein die Nabe betrachtet und das Moment der Achse auf die Innenflächen der Nabe (also dort, wo sich Nabe und Achse berühren) gelegt.
Problem ist, dass sich dabei die gesamte Kontaktfläche verwindet, also die Achse nicht von der Nabe abhebt, sondern das Material der Nabe quasi herausgerissen wird…
Dabei habe ich die Grundseite der Nabe fest gelagert. Das Moment wurde auf die Innenseite der Verbindungsstelle.

Ein weiterer Versuch die Analyse mittels einer Baugruppe durchzuführen funktionierte nur dann, wenn ich die Achse verkleinert habe und so kein Kontakt zwischen den beiden Bauteilen vorhanden war, wenn die Berechnung gestartet wurde. Bei allen weiteren Versuchen mit passend dimensionierter Achse wurde die Baugruppe stets als ein einziger Körper angenommen.
Ich habe die Grundseite meiner Nabe in allen Dimensionen fest gelagert, der Achse an den Stirnflächen habe ich nur die Rotation um die Längsachse freigegeben.
Das Moment habe ich auf die Mantelfläche der Achse gelegt.

Das ganze wurde wahrscheinlich schon einige male diskutiert. Leider konnte ich keine Lösung für mein Problem finden.

Das Ganze soll in ProE WF3.0 und ProMechanica durchgeführt.

Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.

Grüße,

Fabian

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

welle_nabe_2d_.zip

Hallo Fabian,

Du könntest die Verbindung als Einstieg zunächst als 2D-Ebener Dehnungszustand rechnen. Auch wenn diese Idealisierung hier nicht wirklich zutrifft, bekommst Du besseres Gefühl für die Anforderungen in MECHANICA, denn die Aufgabe ist nicht trivial. Ein Beispiel hierfür anbei.

Gruß Paul

------------------
Pro/MECHANICA® verstehen lernen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

bild_4.JPG

ok, werde mir das beispiel mal ansehen.

habd as ganze nun auch mal in ansys versucht - eben um zu sehen, ob ich daraus eine lösung für das problem ableiten könnte.
das ergebnis (siehe bild) entspricht schon recht gut dem, was ich gerne auch in mechanica erwarte...

ich habe auch - mittels der mechanica-hilfe - ein anderes versuchsmodell nahezu an mein ziel gebracht. dort habe ich die kontakte als "load" definiert. nun muss ich es noch am richtigen modell versuchen.
allerdings kommt das ansys modell besser hin.

gruß

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo,

Dein Ergebnis aus ANSYS entspricht überhaupt (noch) nicht dem, was man erwartet, das Bildchen ist nicht auswertbar.

Gruß Paul

------------------
Pro/MECHANICA® verstehen lernen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Zitat:

---

Original erstellt von cadstudent09:

Ein weiterer Versuch die Analyse mittels einer Baugruppe durchzuführen funktionierte nur dann, wenn ich die Achse verkleinert habe und so kein Kontakt zwischen den beiden Bauteilen vorhanden war, wenn die Berechnung gestartet wurde. Bei allen weiteren Versuchen mit passend dimensionierter Achse wurde die Baugruppe stets als ein einziger Körper angenommen.
Ich habe die Grundseite meiner Nabe in allen Dimensionen fest gelagert, der Achse an den Stirnflächen habe ich nur die Rotation um die Längsachse freigegeben.
Das Moment habe ich auf die Mantelfläche der Achse gelegt.

---

Hallo Fabian,

klingt ganz danach als hättest du keine Kontakte definiert. Auch sehen mir die Randbedingungen in Bild 2 nicht ganz korrekt aus. Hat allerdings eine sehr grobe Auflösung. Kannst du das Bild mal mit einer besseren Auflösung reinstellen?

Gruß

Micha

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo,

es ist schon immer wieder erstaunlich mit wie wenig Hintergrundwissen Studenten auf die Berechnung losgelassen werden. Bei der Vorgehensweise kommt man mit Programmen wie designer oder Photoshop schneller ans Ziel ( bunte Bilder ohne Aussagekraft).

Sorry, aber das musste mal raus.

Eine Welle Nabe Verbindung mit Mechanica zu berechnen ist nahezu unmöglich, da hierbei die Reibung eine nicht zu unterschätzende Rolle spielt. Die Reibung ist, gerade bei wechselnder Beanspruchung, sogar  die tragende Kraft, und nicht der Formschluss. Welle Nabe Verbindungen sind, bis auf reibschlüssige Verbindungen, immer mit Spiel behaftet. Bei wechselnder Beanspruchung entseht Mikrokorrosion durch die Bewegung. Dies Korrosion erhöht die Reibung, so dass die Verbindung tragfähiger wird. Dies haben wir bei uns anhand von Tangentialkeilverbindungen in der Praxis beobachten können. Bei einer FEM Berechnung ist die Verbindung nicht nachweisbar gewesen, hat aber in der Praxis sehr wohl 15 Jahre gehalten. Soweit zum Ansatz.

In Deinem Modell ist ein Teil der Randbedingungen unwirksam, da Volumenelemente nun mal keine Rotationsfreiheitsgrade hat. Wenn Dein Modell verschweißt wird, dann hast Du, wie oben bemerkt keine Kontakte definiert. Die Aufbringung des Momentes als Last ist einfach grottenfalsch, das liefert Hausnummern ( nutze lieber Designer für die bunten Bilder   ). Die Spannungsverteilung ist stark abhängig vom Spiel der Bauteile, also mehrere Varianten mit unterschiedlichem Spiel rechnen.

Das war nur mal eben so der erste Eindruck.

------------------
Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

erstmal danke für die antworten.
das stimmt schon - die berechnungen in der vorlesung waren nur auf einzelne bauteile beschränkt, also keine "wechselwirkungen" zwischen zwei teilen...

zu der sache ist noch zusagen, dass es sich wirklich nur um eine formschlüssige verbindung handelt. es ist fast schon gewollt, dass die welle spiel hat, bzw. die maße auf +/- null sind. Das ganze ist etwas idealisiert.

mit dem in ansys ermittelten "ergebnis" sollte nur dazu dienen, zu sehen, ob meine annahmen richtig sind.
denn wenn die welle sich quasi "frei" in der nabe bewegen kann, entspricht das "bildchen" wirklich den, was auftritt.
es soll nicht als ergebnis dienen.

meine annahmen sind:

die nabe wird festgehalten. dazu habe ich die grundfläche fest gelagert.

die achse habe ich an der stirnseite gelagert. sie ist in axialer und radialer richtung ebenfalls fest gelagert, lediglich rotation um die längsachse sind frei.

als kontaktfläche habe ich die gesamte überdeckte länge der "nabenbohrung" definiert und die messgröße auf max pressung definiert.

wäre schön, wenn ihr mir bischen weiterhelfen könntet bzgl. der lagerung und der momenteinleitung.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo Fabian
 

Zitat:

---

zu der sache ist noch zusagen, dass es sich wirklich nur um eine formschlüssige verbindung handelt. es ist fast schon gewollt, dass die welle spiel hat, bzw. die maße auf +/- null sind. Das ganze ist etwas idealisiert.

---

Wer lesen kann ist klar im Vorteil: Rein formschlüssige Verbindungen sind Illusion. Siehe den vorigen Beitrag.

 

Zitat:

---

mit dem in ansys ermittelten "ergebnis" sollte nur dazu dienen, zu sehen, ob meine annahmen richtig sind.
denn wenn die welle sich quasi "frei" in der nabe bewegen kann, entspricht das "bildchen" wirklich den, was auftritt.
es soll nicht als ergebnis dienen.

---

Nein, es entspricht nicht dem, was auftritt.  Siehe ebenfalls den obigen Beitrag. Als was soll das " Bildchen" denn dienen? Überprüfung von falschen Randbedingungen und Lastannahmen?

 

Zitat:

---

meine annahmen sind:

die nabe wird festgehalten. dazu habe ich die grundfläche fest gelagert.

die achse habe ich an der stirnseite gelagert. sie ist in axialer und radialer richtung ebenfalls fest gelagert, lediglich rotation um die längsachse sind frei.

als kontaktfläche habe ich die gesamte überdeckte länge der "nabenbohrung" definiert und die messgröße auf max pressung definiert.

wäre schön, wenn ihr mir bischen weiterhelfen könntet bzgl. der lagerung und der momenteinleitung.

---

Die Fesselung der rotatorischen Freiheitsgrade ist unwirksam! Du verhinderst die Rotation durch die Kontaktbedingungen. Wenn es Probleme wegen der Fesselung gibt ( Analyse ist unzureichend eingespannt) dann bitte weiche Federn zur Fesselung benutzen.

Die Rechnung ohne Reibung ist lediglich eine obere Grenze der Spannungen, mehr wird es nicht, aber wenn es nach der Rechnung nicht hält, heißt das nicht, dass die Verbindung nicht hält. Das haben wir in der Paraxis auch erfahren müssen.

PS: Groß- und Kleinschreibung wurde noch nicht ganz abgeschafft, es erhöht die Lesbarkeit eine Textes ungemein, und wenn man Fragen stellt, für die sich andere Zeit nehmen sollen, sollte  man sich wenigstens die Zeit nehmen korrektes lesbares Deutsch zu schreiben. Ansonsten nehmen sich die Adressierten nämlich auch keine Zeit.

------------------
Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Ok, ich werde mich bemühen lesbares Deutsch zu schreiben...

Dass es keine rein formschlüssigen Verbindungen gibt ist klar. Das haben Sie ja auch schon ausführlich beschrieben. Mein Ziel sind die Spannungen, die auftreten, wenn sich die Welle etwas in der Nabe verdreht.
Also so, als hätte die Welle etwas Untermaß und würde die Nabe dann nur an den drei Anlagekanten berühren. Ich habe dann ja eine idealisierte Linienauflage im Bereich der Überdeckung von Nabe und Welle.

Und eben die Spannungen in der Nabe an diesen (idealisierten) Linienauflagen interessieren mich.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo Fabian,

Du möchtest also die Hertzsche Pressung an den idealisierten Linienkontakten ausrechnen. Ok, wenn ich mir Dein Modell ansehe, glaube ich, dass Du den Querschnitt der Welle mit "scharfen" Ecken modelliert hast, hier sind unbedingt Radien erforderlich, da Du ansonsten nurmerische Probleme bekommst ( Singularitäten). Wenn diese Ecken gewollt sind, solltest Du das Modell mit Ansys rechnen und Plastizität mit hineinnehmen, da das Material an diesen Ecken mit Sicherheit fließen wird ( es sei denn, die Verbindung ist Hemmungslos überdimensioniert). Wie die Spannungen dann bewertet werden sollen ist allerdings fraglich. Hierfür gibt es für die genormte Profile sicherlich Bemessungswerte in  der Entsprechenden Norm.

Und nochmal, das aufgebrachte Drehmoment wird zu einem nicht unerheblichen Teil durch Reibung abgetragen, d.h. auch die Kontaktspannung in den drei anliegenden Linien ist eine obere Grenze, nicht das richtige Ergebnis. Die gesamte Rechnung ist also eine Abschätzung der maximalen Spannung.

------------------
Gruss

Dr. Christian Imiela
SMS-Demag
Strukturanalysen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Genau, die Herzsche Pressung interessiert mich. So, wie bei einer Polygonverbindung in etwa.

Die "Ecken" sind wirklich scharf modelliert. Es war zunächst so gedacht das Profil aus einem Rohr herzustellen, bei dem dann die drei ebenen Flächen abgefräst werden. Es soll aber ein Strangpressprofil werden und daher sind Radien vorgesehen. Diese werde ich also noch einfügen.

Wie gehe ich dann am besten vor?

Mein Interesse gilt ja den Spannungen in der Nabe. MAcht es dann Sinn die Achse fest zu lagern und die Nabe zu "drehen"?

Gruß

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo Fabian,

hast Du mein Beispiel durchgearbeitet?
Hertzsche Pressung wird dort untersucht, sogar ein Farbplot ist dabei  Als Einstieg finde ich geeignet.

Gruß Paul

------------------
Pro/MECHANICA® verstehen lernen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo,

leider konnte ích die Beispiel-Datei bzw. die ZIP nicht richtig öffnen.

Das Bild kann ich inzwischen öffnen, die Part-Datei lässt sich aber nicht öffnen. Fehlermeldung sagt immer "...konnte nicht geöffnet werden..."

Das Bild ist aber genau das, was ich suche.

[Diese Nachricht wurde von cadstudent09 am 21. Sep. 2009 editiert.]

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Zitat:

---

Original erstellt von cadstudent09:
... die Part-Datei lässt sich aber nicht öffnen. Fehlermeldung sagt immer "...konnte nicht geöffnet werden..."
...

---

Hallo,

ich habe nochmals getestet, mit Wildfire 3 kann die Datei geöffnet werden. Was für eine Lizenz hast Du denn?

Gruß Paul

------------------
Pro/MECHANICA® verstehen lernen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Leider im Moment nur WF2 als Educational Edition.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hi,

Du hast ursprünglich als Anforderung "ProE WF3.0" angegeben. Ich habe mir extra Mühe gegeben, anstatt aktueller Version WF4 noch die alte WF3 aufgerufen und das Übungsmodell aufgebaut.

Gruß Paul
PS: Die zeitlich unbegrenzte Studentenversion WF4 kostet aktuell deutlich unter 100 €.

------------------
Pro/MECHANICA® verstehen lernen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Normalerweise steht mir auch WF3 zur Verfügung, aber leider ist der Rechner im Moment defekt - Festplattenschaden...

Mit der inzwischen wieder installierten WF3-Version kann ich die Datei leider auch nicht öffnen.
Immer die selbe Fehlermeldung.

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Kann sonst jemand die Datei mit WF3 öffnen? Bei mir funktioniert's ohne Probleme. Im Part sind zwei Spezialflächen, ob es daran liegen könnte?

Gruß Paul

------------------
Pro/MECHANICA® verstehen lernen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo cadstudent09,

verwendest du eine Studentenversion?

Dann liegt es vieleicht daran. Mit einer Studentenversion kann man meines Wissens keine auf Vollversion hergestellten Daten öffnen und andersherum auch nicht.

Gruß

Micha

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Schönen Gruß Micha,

konntest Du die Datei öffnen?

Paul

------------------
Pro/MECHANICA® verstehen lernen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo Paul,

ich habe in meiner Firma nur WF 2.

Kann es ja mal zu Hause probieren wenn ich WF 3 Student wieder installiert habe.

Gruß

Micha

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Guten Morgen,

mit Solid Works kann ich die Datei öffnen. Werd ProE nochmal installieren und dann nochmal versuchen, ob sich die Datei dann öffnen lässt.

Gruß

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Zitat:

---

Original erstellt von Micha K.:
Hallo Paul,

ich habe in meiner Firma nur WF 2.

Kann es ja mal zu Hause probieren wenn ich WF 3 Student wieder installiert habe.

Gruß

Micha

---

Hallo Paul,

das Benutzen der Datei ist nur in einem kommerziellenProgramm möglich. Wie es mit Hochschullizenzen bestimmt ist kann ich leider nicht sagen.

Gruß

Micha

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP

---

Hallo Micha,

danke für die Info, alles klar bei Dir?

Gruß Paul

------------------
Pro/MECHANICA® verstehen lernen

Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP