VDI 2727 Blatt 5-2006 Catalogues for machine design - Mechanisms for motion transfer - Converting unidirectional rotation into non-uniform unidirectional motion.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREKonstruktionskatalogeLsung von Bewegungsaufgaben mit GetriebenErzeugung von ungleichmigen Umlaufbewegungenohne Stillstand (Vorschaltgetriebe)Antrieb gleichsinnig drehendVDI 2727Blatt 5VDI-Handbuch Getriebetechnik IVDI-Handbuch KonstruktionVDI-RICHTLINIENICS 21.200 Mai 2006I

2、nhalt Seite1 Einleitung und Ziele . . . . . . . . . . . . . . 2 2 Begriffe und Bezeichnungen. . . . . . . . . . 43 Typische Nutzungsmglichkeiten vonVorschaltgetrieben . . . . . . . . . . . . . . . 73.1 Realisierung von bertragungs-funktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3.1.1 Vorschaltgetrie

3、be zu einembertragungsgetriebe . . . . . . . . 73.1.2 Vorschaltgetriebe zu einerSchubkurbel . . . . . . . . . . . . . 93.1.3 Vorschaltgetriebe zu einemKurvengetriebe. . . . . . . . . . . . 103.2 Realisierung von Fhrungsfunktionen . . . 123.2.1 Vorschaltgetriebe zu einemKoppelpunkt-Fhrungsgetriebe .

4、. . 123.2.2 Vorschaltgetriebe in einemRdergetriebe . . . . . . . . . . . . 133.3 Leistungsausgleich . . . . . . . . . . . . . 143.3.1 Vorschaltgetriebe fr Leistungs-ausgleich durch Antrieb inEigenbewegung . . . . . . . . . . . 143.3.2 Vorschaltgetriebe fr Leistungs-ausgleich durch Trgheits-kompensat

5、or . . . . . . . . . . . . . 164 Getriebe-Kombinationen und -Variationen . . 174.1 Kombinationen einfacher Vorschaltgetriebetypen . . . . . . . . . . . 174.2 Kinematisch verwandteVorschaltgetriebe . . . . . . . . . . . . . . 184.3 Rumliche Getriebevarianten . . . . . . . . 205 Erluterungen zum Konst

6、ruktionskatalogVorschaltgetriebe“. . . . . . . . . . . . . . . 215.1 Hauptteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215.2 Gliederungsteil . . . . . . . . . . . . . . . 21Seite5.3 Zugriffsteil . . . . . . . . . . . . . . . . . 215.3.1 Spalte 1: Achslage An- zu Abtrieb . 215.3.2 Spalte 2: Lagerungsmgli

7、chkeitder Wellen . . . . . . . . . . . . . . 215.3.3 Spalte 3: Mittlere bersetzung im. . 215.3.4 Spalte 4: bertragungsfunktion1. Ordnung. . . . . . . . . . . . . . 225.3.5 Spalte 5: Realisierbarkeit einer vor-gegebenen bertragungsfunktion . . 225.3.6 Spalte 6: Bereich konstanter bersetzung . . . . .

8、 . . . . . . . . 225.3.7 Spalte 7: Ungleichmigkeits-verhltnis k. . . . . . . . . . . . . . 225.3.8 Spalte 8: Symmetrie der bertragungsfunktion 1. Ordnung . 225.4 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Konstruktionskatalog Vorschaltgetriebe“ . 247 Beispiel zur Anwendung des Konstruktions-ka

9、talogs Vorschaltgetriebe“ . . . . . . . . . 447.1 Ziel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447.2 Aufgabenstellung. . . . . . . . . . . . . . 447.3 Bestimmen der Getriebefunktion. . . . . . 457.4 Suchen von Lsungen imKonstruktionskatalog. . . . . . . . . . . . 457.5 Weiteres Vorgehen . . . . . .

10、. . . . . . . 457.6 Ergebnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458 Anwendungsbeispiele fr Vorschaltgetriebe. 468.1 Messerantrieb einer Papierschneide-maschine mit einem Vorschaltgetriebe zur Verringerung des Bauraums . . . . . . . . 468.2 Umrstung einer Zigarettenschneide-einrichtung mit einem han

11、delsblichenVorschaltgetriebe . . . . . . . . . . . . . . 478.3 Unrund-Zahnradpaar als Vorschalt-getriebe in einer Kurbelpresse . . . . . . . 48Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattetCatalogues for machine design Mechanisms

12、for motion transfer Converting unidirectional rotation into non-uniform Unidirectional motionFrhere Ausgabe: 11.04 EntwurfZu beziehen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebFachbereich

13、 GetriebetechnikAusschuss Getriebetechnische KonstruktionskatalogeB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 2 VDI 2727 Blatt 51 Einleitun

14、g und ZieleBewegungsaufgabeIn vielen Bereichen der Technik gibt es die Bewe-gungsaufgabe, eine ungleichmig umlaufendeDrehbewegung ohne zwischenzeitliche Stillstnde zuerzeugen. Das Bewegungsma ist die Winkel-geschwindigkeit, die in gewnschter Weise perio-disch um einen konstanten Mittelwert schwanken

15、soll. Dabei ist entweder die exakte Erfllung einesvorgegebenen Winkelgeschwindigkeitsverlaufs inseiner Gesamtheit oder in Teilabschnitten gefordertoder aber lediglich die Erfllung gewisser Kenn-werte. Ein solcher Kennwert kann z.B. ein bestimm-tes Verhltnis von minimaler zu maximaler Winkel-geschwin

16、digkeit sein.LsungsanstzeEine ungleichmige Umlaufbewegung kann grund-stzlich mit mechanischen, elektrischen, pneumati-schen oder hydraulischen Mitteln erzeugt werden.Verbreitet im praktischen Einsatz sind mechanischeLsungen, z.B. mit Koppel- und Kurvengetrieben,und elektrische Lsungen, z.B. mit lage

17、geregeltenServoantrieben. Mechanische Lsungen zeichnensich durch hohe Lagegenauigkeit aus, auch beischnellen Bewegungen und groen Krften, whrendelektrische Lsungen dann eingesetzt werden, wennFlexibilitt in besonderem Ma gefordert ist.Inhalt der RichtlinieIn der vorliegenden Richtlinie wird nur das

18、mechani-sche Prinzip zur Lsung der gegebenen Bewegungs-aufgabe benutzt. Demzufolge werden als Mittel die-jenigen Getriebe behandelt, die aus einer gleichm-ig umlaufenden Antriebsbewegung (Antriebs-winkel ) eine ungleichmig umlaufende Abtriebs-bewegung ohne Stillstnde (Abtriebswinkel ) er-zeugen (Bil

19、d 1.1). Daher deckt die Richtlinie in derMatrix der Getriebefunktionen in Bild 1.2 (vgl.VDI 2727 Blatt 1) das Feld D1 ab und mit einigenspeziellen Beispielen auch das Feld D8, in dem dieAbtriebsbewegung eine ungleichmig fortlaufendeSchubbewegung ist.Die Richtlinie enthlt auch Beispiele zu Feld D2. B

20、eidiesen Beispielen tritt durch Verstellungen als Son-derfall eine lineare bertragungsfunktion, das heiteine konstante bersetzung auf, meist i =+1.Besondere technische Anwendung finden die behan-delten Getriebe als Vorschaltgetriebe zur Erzeugungungleichmig fortlaufender Abtriebsbewegungen,die ihrer

21、seits als Antrieb einer nachgeschalteten Ma-schine genutzt werden. Auf Grund dieser berwie-genden Anwendung wird die gesamte Gruppe derhier behandelten Getriebe in dieser Richtlinie kurzals Vorschaltgetriebe” bezeichnet, unbeschadet an-derer Verwendungsarten, z.B. als Zwischen- oderZusatzgetriebe (s

22、iehe Abschnitt 3).Die Lsungen sind in Form eines Konstruktionskata-loges 28 zusammengestellt, der auer den Getrie-ben eine ordnende Systematik und einen Zugriffsteilenthlt.Ziel der Richtlinie ist es, dem Anwender zweck-mige Lsungen in einer bersichtlichen Form ver-fgbar zu machen (siehe auch VDI 272

23、7 Blatt 1). Umdie Anzahl der angebotenen Lsungen und damit denUmfang des Kataloges in vertretbaren Grenzen zuhalten, wird das Prinzipielle der Lsungen betont.Durch Vernderung kinematischer Abmessungenoder durch die Methoden zur Umformung von Ge-trieben 31 kann der Nutzer selbst Varianten ent-wickeln

24、.Die im Katalog aufgefhrten Getriebe knnen je nachBauform eine vorgegebene bertragungsfunktion inihrem Gesamtverlauf oder in Teilabschnitten ent-weder exakt oder aber nur angenhert erfllen.Der Katalog soll dem Konstrukteur Anregungen undDenkanste geben. Die konkreten Zahlenbeispieleknnen als Startls

25、ung fr eine optimale Anpassungan den jeweiligen Anwendungsfall dienen. Dabeisind die ausgewhlten Literaturhinweise und vorallem andere VDI-Richtlinien von Nutzen, wie z.B.die Richtlinien VDI 2142 und VDI 2143 Blatt 1 frdie Auslegung von Kurvengetrieben sowie VDI 2727Blatt 3 fr die Auswahl von Schrit

26、tgetrieben.Bild 1.1. Getriebefunktion der VorschaltgetriebeB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 VDI 2727 Blatt 5 3 Bild 1.2. Matrix

27、der Getriebefunktionen in Abhngigkeit von der Bewegungsaufgabe und einer vorgewhlten AntriebsfunktionHufig vorkommendeAntriebsfunktionenHufig vorkommendeBewegungsaufgaben(Abtriebsfunktionen)GleichsinnigDrehenElektromotoren,Turbinen,SchrittmotorenWechselsinnigSchiebenHydraulikzylin-der, Pneumatik-zyl

28、inder,LinearmotorenBewegungsablauf Beispiel Nr. DSber der Zeit alsDrehenGleichsinnig Kreuzgelenkwelle 1 D1 S1Gleichsinnig linear Zahnriemengetriebe 2 D2 S2Gleichsinnig mit Rast Filmtransport 3 D3 :Gleichsinnig mit Pilgerschritt Baumwoll-Kmmmaschine 4 :Wechselsinnig Scheibenwischer 5Wechselsinnig mit

29、 Rast(en)Ladenbewegung einer Webmaschine6Wechselsinnig mit Teilrckdrehung(en)Etikettieren 7SchiebenGleichsinnig Transportband 8 D8Wechselsinnig Rasierapparat 9Wechselsinnig mit Rast(en) Ventilstel 10Wechselsinnig mit Teilrckdrehung(en)Splmaschine 11Auf vorbestimmten Bahnenoder durch vorbestimmte Lag

30、en alsFhrenPunkt auf Kreisbahn Drehvorrichtung fr Kugeln 12Punkt auf Gerade Geradfhrung 13Punkt auf allgemeiner BahnKoppelpunktbahn durch acht vorgegebene Punkte14Krper mit Schiebung Straenbahntr 15Krper mit Drehung Trscharnier 16Krper mit allgemeiner BewegungHandlingaufgaben 17 : :Krper in Lagen po

31、sitionieren Regenschirm, Autositz 18 D18 S18GetriebefunktionenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 4 VDI 2727 Blatt 52 Begriffe und

32、BezeichnungenDie bertragungsfunktion 0. Ordnung der Vorschaltgetriebe ist nichtlinear, fortschreitendund periodisch (Bild 2.1a). Fr den Antriebsdreh-winkel Pfhrt die Abtriebswelle eine Periode derAbtriebsdrehung aus und dreht sich dabei um denDrehwinkel P. Die beiden Winkel Pund Pwer-den im Folgende

33、n als Antriebs- bzw. Abtriebsperio-denwinkel bezeichnet.Die bertragungsfunktion 1. Ordnung (Bild 2.1b) entspricht dem Verhltnis von Abtriebs-winkelgeschwindigkeit zu Antriebs-winkelgeschwindigkeit , das als ber-setzung i bezeichnet wird:(2.1)Der Verlauf von schwankt periodisch umden Mittelwert im, d

34、er als mittlere bersetzung be-zeichnet wird:(2.2)Bei Getrieben mit koaxialen oder parallelen Wellenfr An- und Abtrieb kann man Gleichlauf (gleicherDrehsinn) und Gegenlauf (gegenlufiger Drehsinn)beider Wellen durch das Vorzeichen der mittlerenbersetzung imunterscheiden:Gleichlauf: (positiv) (2.3)Gege

35、nlauf: (negativ) (2.4)Bei vielen der im Katalog aufgefhrten Getriebe sindder Antriebsperiodenwinkel Pund der Abtriebspe-riodenwinkel Pbeide gleich 360. Damit ist diemittlere bersetzung im= 1 (Bild 2.2a). Das heit,dass bei einer vollen Umdrehung der Antriebswelleauch die Abtriebswelle eine volle Umdr

36、ehung aus-fhrt. Durch ein vor- und/oder nachgeschaltetesgleichmig bersetzendes Getriebe, z.B. ein Zahn-radgetriebe, lsst sich aber auch immer eine mittlereGesamtbersetzung erzeugen. Dagegenzeigen die Bilder 2.2b bis 2.2d Beispiele aus derGruppe der Rder-Koppel-Getriebe mit unterschied-lichen Periode

37、nwinkeln.Das Maximum maxder bertragungsfunktion1. Ordnung bzw. der bersetzung tritt nach Bild 2.1in der durch den Antriebswinkel maxgekennzeich-neten Getriebestellung auf, das Minimum minbeimin. Der zeitliche Abstand dieser beiden Extrem-werte entspricht dem Winkel E.(2.5)Voreilung, NacheilungDie Ab

38、triebswelle des Vorschaltgetriebes eilt in ei-nem Abschnitt gegenber einer gleichmigen Ab-triebsdrehung in Bild 2.1 gekennzeichnet durch dieschrge Gerade nach,und in einem nchsten Abschnitt eilt die Abtriebs-welle voraus. Zur quantitativen Beschreibung dienendie Gren Voreilung Vund Nacheilung N, wob

39、eider Abschnitt der Voreilung durch V 0 und der()= d d=abd/dt=and/dt= dd-aban- i= = i= mPP- im=im m0=im m0 0 gekennzeich-net ist. In der Getriebestellung N, gekennzeichnetdurch den Antriebswinkel N(Bild 2.3), ist dieNacheilung(2.6)am grten:(2.7)In der Getriebestellung V, gekennzeichnet durch denAntr

40、iebswinkel V(Bild 2.3), ist die Voreilung(2.8)am grten:(2.9)Die Begriffe Nacheilung und Voreilung sind fr dieSynthese von Vorschaltgetrieben von Bedeutung. Siesind aber an die Darstellung der bertragungsfunk-tion des Getriebes im Bewegungsschaubild gebun-den. Bild 2.3a zeigt die bertragungsfunktion

41、einesVorschaltgetriebes mit den Punkten V und N der ma-ximalen Vor- und Nacheilung, wie in Bild 2.1 erklrt.Wird der Ursprung des Bewegungsschaubildes in denPunkt N verschoben, so zeigt die bertragungsfunk-tion in der gesamten Bewegungsperiode ausschlie-lich eine Voreilung, Bild 2.3b. Setzt man den U

42、r-sprung in den Punkt V, so zeigt die bertragungs-funktion ausschlielich eine Nacheilung (Bild 2.3c).Die bertragungsfunktion ist in allen drei Fllen die-selbe, nur die Anfangswerte von und fr die Be-wegungsperiode unterscheiden sich. Es gilt:(2.10)Nm+=NmaxN()N m+=Vm=Vmax,V()V m+=VNV, maxN, max+=Bild

43、 2.2. Rder-Koppel-Getriebe mit unterschiedlichen Periodenwinkelna) Zweirder-Koppel-Getriebe mit P= P= 360, Antriebswin-kel oder *b) Dreirder-Koppel-Getriebe mit P= 360 und P 360 frr2 r6c) Zweirder-Koppel-Getriebe mit P= P= 180 fr r1=2r3d) Zweirder-Koppel-Getriebe mit P= 540 und P= 180 fr3r1=2r3Bild

44、2.3. bertragungsfunktion mit Nach- und Voreilung der Abtriebswellea) Nach- und Voreilung innerhalb der Bewegungsperiodeb) nur Voreilung (N, max= 0 und VN= V, max)c) nur Nacheilung (V, max= 0 und VN= N, max)B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BE

45、ST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2006 6 VDI 2727 Blatt 5Symmetrie der bertragungsfunktionVon praktischer Bedeutung ist der Antriebswinkel E(Bild 2.1), der dem Abstand der Extrema der Ab-triebswinkelgeschwindigkeit bzw. von ents

46、pricht.Bei spricht man von symmetrisch lie-genden Extremwerten. Darber hinaus kann einebertragungsfunktion auch in ihrem Gesamtverlaufsymmetrisch sein, und zwar punktsymmetrisch in derbertragungsfunktion 0. Ordnung oder spiegelsym-metrisch in der bertragungsfunktion 1. Ordnung.Die Symmetrielagen sin

47、d dann die Antriebswinkelminund max. Eine solche bertragungsfunktionwird als symmetrische bertragungsfunktion be-zeichnet.KennzahlenZur Beurteilung und zum Vergleich ungleichmigerperiodischer Bewegungen sind zwei Kennzahlen ge-bruchlich 30; 31, das Ungleichmigkeitsverhltnis(2.11)und der Ungleichmigk

48、eitsgrad(2.12)Die mittlere Winkelgeschwindigkeit mittelwredurch Integration des Verlaufes der Winkelgeschwin-digkeit zu finden. Sie kann nherungsweise aus derBeziehung(2.13)gewonnen werden. Die Beziehungen (2.12) und(2.13) dienen vorzugsweise Untersuchungen fr denLeistungsausgleich an Getrieben und der Schwung-radberechnung (VDI 2149 Blatt 1). Die Winkelge-schwindigkeit ist dabei die Antriebswinkel-geschwindigkeit.In Vorschaltgetrieben wird die Antriebswinkel-geschwindigkeit an wie bei Maschinengetriebenmeist angenommen werd