VDI 2727 Blatt 6-2010 Catalogues for machine design - Mechanisms for motion transfer - Mechanisms for extreme oscillating motion.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREKonstruktionskatalogeLsung von Bewegungsaufgaben mit GetriebenExtreme SchwinggetriebeVDI 2727Blatt 6VDI-Handbuch Getriebetechnik I: Ungleichfrmig bersetzte GetriebeVDI-Handbuch Produktentwicklung und KonstruktionZubeziehen durch Beuth Verlag GmbH,10772 Berlin Alle Rechtevor

2、behalten Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2010Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattetICS 21.200 Oktober 2010VDI-RICHTLINIENInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、 . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Formelzeichen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1 Grundgetriebe und ihre bertragun

4、gsfunktionen . . . . . . . . . . . . 53.2 Getriebe zur Vergrerung und Wandlung . . . . . . . . . . . . . . . 73.3 Schwingbewegung um ideellen Drehpunkt . . . . . . . . . . . . . . . 114 Erluterungen zum Konstruktionskatalog Extreme Schwinggetriebe“. 124.1 Hauptteil. . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . . 124.2 Gliederungsteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.3 Zugriffsteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Konstruktionskatalog Extr

6、eme Schwinggetriebe“. . . . . . . . . . . . 146 Beispiel zur Anwendung des Katalogs Extreme Schwinggetriebe“ . . 346.1 Ziel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346.2 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346.3 Bestimmen der Getriebef

7、unktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356.4 Suchen von Lsungen im Konstruktionskatalog . . . . . . . . . . . . 356.5 Weiteres Vorgehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356.6 Ergebnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 Anwendungsbeispi

8、ele fr extreme Schwinggetriebe . . . . . . . . . . . 357.1 Auffaltbarer Baustellenkran. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.2 Spulgetriebe fr Angelschnur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.3 Vorschubgetriebe fr eine Umformmaschine . . . . . . . . . . . . . . 37Anhang . . . .

9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39A1 Sammlung von Drehwinkel-Vergrerern . . . . . . . . . . . . . . . 39A2 Sammlung von Schubweg-Vergrerern . . . . . . . . . . . . . . . . 40A3 Sammlung von Wandlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41A4 Zustzliche CD

10、-ROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP)Fachbereich Getriebe und MaschinenelementeCatalogues for machine designMechanisms for motion transferMec

11、hanisms for extreme oscillating motionFrhere Ausgabe: 12.09 EntwurfB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 2 VDI 2727 Blatt 6Vorbe

12、merkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung di

13、eser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren

14、Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/2727.EinleitungIn den verschiedenen Bereichen des Maschinen- undGertebaus werden fr Bewegungsaufgaben opti-male Konstruktionen verlangt. Mechanismen undGetriebe als Konstruktionsbausteine bieten dafr einbreites Lsungsspektrum. Al

15、lerdings ist die Suchenach geeigneten Getriebebauformen vielfach mh-sam. Entsprechendes Fachwissen ist zwar in Hunder-ten von Bchern und Artikeln zu finden, aber Kon-strukteuren, die keine Getriebespezialisten sind,schon aus Zeitmangel oft schwer zugnglich.Die Richtlinienreihe VDI 2727 soll dem Kons

16、truk-teur helfen, ber systematisch geordnete typische Be-wegungsablufe, denen getriebetechnische Lsungenzugeordnet sind, schneller und sicherer zu geeignetenLsungen zu kommen. Diese lassen sich durch Be-achten der in den Katalogen enthaltenen kennzeich-nenden Merkmale und Anwenden von Kriterien ause

17、inem Lsungsfeld herausfiltern.Die in den Richtlinien VDI 2222 Blatt 1 und Blatt 2schon gegebenen allgemeinen Empfehlungen wur-den hier auf die besonderen getriebetechnischen Pro-blemstellungen angewendet und erweitert.Durch sinnvollen Gebrauch der RichtlinienreiheVDI 2727 ergibt sich ein breiter wir

18、tschaftlicher Nut-zen durch Finden besserer Lsungen in krzerer Zeit, bersichtsinformation ber vorhandene getriebe-technische Konstruktionskataloge und methodische Wissensdokumentation auch als Vor-bedingung der Rechneranwendung.Es wird dem Konstrukteur ein Weg gezeigt, wie er frseine spezielle Aufga

19、be geeignete Lsungen findet.Es ist auch derjenige Konstrukteur angesprochen, dermit der Konstruktionsmethodik und der Getriebe-technik nur wenig vertraut ist.Die vorliegende Richtlinie enthlt einen Konstruk-tionskatalog zu der Aufgabenstellung Umwandlungeiner fortlaufend drehenden oder wechselsinnig

20、schiebenden Antriebsbewegung in eine extremeSchwingbewegung.Zustzlich zu der systematischen Darstellung der ver-schiedenen Lsungen im Katalogteil werden in ei-nem gesonderten Abschnitt die theoretischen Grund-lagen zum Erzeugen von solchen extremen Schwing-bewegungen vermittelt. Der Konstrukteur ist

21、 dadurchin der Lage, die verschiedenen mglichen Lsungenleichter an seine spezielle Aufgabenstellung anzupas-sen. Anhand eines Beispiels wird die Verwendungdes Konstruktionskatalogs bei der Lsungssuche und-auswahl demonstriert. Einige Beispiele von konkre-ten Einsatzfllen verdeutlichen zudem die Anwe

22、n-dungsmglichkeiten der extremen Schwinggetriebe.Eine beiliegende CD-ROM bietet auerdem dieMglichkeit, die Getriebe des Konstruktionskatalogsin animierter Form zu betrachten.Diese Richtlinie verwendet die nach der Grammatikmnnliche Form in einem geschlechtsneutralen Sinn.1 AnwendungsbereichBewegungs

23、aufgabeIn vielen Bereichen der Technik gibt es die Bewe-gungsaufgabe, aus einer umlaufenden (gleichsinnigdrehenden) Antriebsbewegung (Antriebswinkel )oder aus einer wechselsinnigen Schubbewegung z.B.durch einen Hydraulikkolben (Antriebsweg w) eineSchwingbewegung am Abtriebsglied zu erzeugen.Diese Sc

24、hwingbewegung kann sowohl eine wechsel-sinnige Drehbewegung (Abtriebswinkel ) als aucheine wechselsinnige Schubbewegung (Abtriebsweg s)sein. Der zeitliche Ablauf der Schwingbewegungkann periodisch sein, z.B. durch einen kontinuierlichumlaufenden Antrieb, oder sporadisch erfolgen, z.B.durch einen pro

25、grammgesteuerten Antrieb.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI 2727 Blatt 6 3 Tabelle 1. Prinzipe und Mittel zum Erzeugen vo

26、n SchwingbewegungenLsungsanstzeDie Erzeugung einer Schwingbewegung kann mit un-terschiedlichen Prinzipen und Mitteln erfolgen(Tabelle 1).Inhalt der RichtlinieIn der vorliegenden Richtlinie wird nur das mechani-sche Prinzip in Tabelle 1 zur Lsung der gegebenenBewegungsaufgabe benutzt. Demzufolge werd

27、en alsMittel diejenigen Getriebe behandelt, die durch einenkontinuierlichen oder zeitlich gesteuerten Antriebeine Schwingbewegung erzeugen. Diese ist eineDreh- oder eine Schubbewegung (Bild 1).Da einfache Schwingbewegungen durch eine Viel-zahl von Getrieben realisiert werden knnen, sind indieser Ric

28、htlinie nur diejenigen Lsungen aufge-fhrt, die eine extreme Schwingbewegung erzeugen.Unter extremen“ Schwinggetrieben sollen im Fol-genden verstanden werden:Prinzip Mittel (Beispiele) Nr. EigenschaftenMechanischKoppelgetriebe, Kurvengetriebe, kombinierte Getriebe1Hat eine starre Kopplung, ist fr sch

29、nelle Bewegungen und/oder groe Krftegeeignet.Die Synchronisation mehrerer Bewegungen in einer Maschine ist gesichert mglich.Summiergetriebe mitzwei Antrieben 2Hat eine starre Kopplung, ist fr schnelle Bewegungen und/oder groe Krftegeeignet.ElektrischSchrittmotor mit Bewegungssteuerung 3Ist flexibel

30、in der Anwendung, hat geringe Haltekrfte.geregelter Gleichstrom-motor mit Steuerung 4Ist flexibel in der Anwendung; die Regelung ist aufwendig.Hydraulischhydraulischer Schritt-motor mit Steuerung 5Ist flexibel in der Anwendung und fr schnelle Bewegungen und groe Krfte geeignet. Die Regelung ist sehr

31、 aufwendig.Ein hydraulisches Medium muss vorhanden sein.Die Synchronisation mehrerer Bewegungen ist sehr aufwendig und nicht sicher.hydraulischer Kolbenmit Steuerung 6Schafft groe Krfte; die Regelung ist aufwendig.Ein hydraulisches Medium muss vorhanden sein.Pneumatischpneumatischer Schritt-motor mi

32、t Steuerung 7Ist flexibel in der Anwendung, relativ schnelle Bewegungen, geringe Haltekrfte. Die Regelung ist relativ aufwendig.Druckluft muss vorhanden sein.Die Synchronisation mehrerer Bewegungen ist sehr aufwendig und nicht sicher.pneumatischer Kolbenmit Steuerung 8Hat geringe Krfte, eine einfach

33、e Steuerung oder nur Endlagendmpfung(z.B. Federpakete).Druckluft muss vorhanden sein.Bild 1. Getriebefunktionen der SchwinggetriebeB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein D

34、eutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 4 VDI 2727 Blatt 6 bei Getrieben mit rotatorischem Abtrieb: Getriebe, die mindestens einen Schwingwinkel0 von 90 erzeugen oder Kurvengetriebe, bei denen fr das Verhltnis vonSchwingwinkel 0 zu Periodenwinkel 0 gilt: bei Getrieben mit translatorischem Abtrieb:

35、Getriebe, bei denen fr das Verhltnis vonSchubweg S0 zu Antriebsgliedradius r gilt:Der darin enthaltene Schubweg S0 bezieht sichauf eine Umdrehung des Antriebsglieds.00-1piS0r- 2Bild 2. Matrix der Getriebefunktionen in Abhngigkeit von der Bewegungsaufgabe und einer vorgewhlten Antriebsfunktiona) VDI

36、2727 Blatt 5 b) VDI 2727 Blatt 3 c) VDI 2727 Blatt 4 d) VDI 2727 Blatt 2Hufig vorkommendeAntriebsfunktionenHufig vorkommendeBewegungsaufgaben(Abtriebsfunktionen)GleichsinnigDrehenElektromotoren,Turbinen,SchrittmotorenWechselsinnigSchiebenHydraulikzylin-der, Pneumatik-zylinder,LinearmotorenBewegungsa

37、blauf Beispiel Nr. D Sber der Zeitals Drehengleichsinnig Kreuzgelenkwelle 1 D1a) S1gleichsinnig linear Zahnriemengetriebe 2 D2 S2gleichsinnig mit Rast Filmtransport 3 D3b) :gleichsinnig mit Pilgerschritt Baumwollkmmmaschine 4 :wechselsinnig Scheibenwischer 5 D5 S5wechselsinnig mit Rast(en) Ladenbewe

38、gung einer Webmaschine 6 D6 c)wechselsinnig mit Teilrckdrehung(en) Etikettieren 7Schiebengleichsinnig Transportband 8 D8 a)wechselsinnig Rasierapparat 9 D9 d)wechselsinnig mit Rast(en) Ventilstel 10 D10 c)wechselsinnig mit Teilrckdrehung(en) Splmaschine 11Auf vorbestimmtenBahnenoder durchvorbestimmt

39、e Lagen alsFhrenPunkt auf Kreisbahn Drehvorrichtung fr Kugeln 12Punkt auf Gerade Geradfhrung 13Punkt auf allgemeiner Bahn Koppelpunktbahn durch acht vorgegebene Punkte 14Krper mit Schiebung Straenbahntr 15Krper mit Drehung Trscharnier 16Krper mit allgemeiner Bewegung Handlingaufgaben 17 : :Krper in

40、Lagen positionieren Regenschirm, Autositz 18 D18 S18GetriebefunktionenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI 2727 Blatt 6 5 B

41、ei Getrieben mit translatorischer Antriebsbewegungkann eine Schwingbewegung am Abtrieb nur erzeugtwerden, wenn der Antrieb wieder zurckfhrt(Bild 1 unten), das heit auch eine Schwingbewe-gung ausfhrt. Die bertragungsfunktion 0. Ordnungist hierbei im Gegensatz zu Getrieben mit fortlaufen-dem rotatoris

42、chem Antrieb nichtperiodisch. Im Ka-talogteil der Richtlinie sind von diesen Getrieben mitlinearer Antriebsschwingbewegung nur diejenigenaufgenommen, deren bertragungsfunktion nichtvollstndig linear ist und die einen rotatorischen Ab-trieb besitzen, das heit die translatorische Schwing-bewegung nich

43、tlinear wandeln.Daher behandelt der Katalog nur extreme Schwing-getriebe der Felder D5, S5 und D9 in der Matrix derGetriebefunktionen (Bild 2, vgl. VDI 2727 Blatt 1).Getriebe, die eine translatorische Schwingbewegunglinear wandeln, (z.B. Zahnstange mit Abtriebsrad)oder Getriebe, die eine Schwingbewe

44、gung nur vergr-ern (vgl. Abschnitt 3.2) sind in einer eigenen Samm-lung im Anhang der Richtlinie zusammengefasst.Auch Getriebe, die eine Drehung eines Krpers umeinen ideellen, das heit krperlich nicht als techni-sches Drehgelenk ausgefhrten, Drehpunkt erzeugenoder einen Krper entlang einer ideellen

45、Geraden hinund her fhren, sind im Katalogteil nicht aufgenom-men. Sie gehren zu den Fhrungsgetrieben und wer-den durch die Matrixfelder D16 und S16 bzw. D15und S15 beschrieben.Die meisten der aufgefhrten Lsungen sindSchwinggetriebe mit rotatorischem Abtriebsglied.Diese knnen im Allgemeinen immer in

46、einSchwinggetriebe mit translatorischem Abtrieb umge-wandelt werden (siehe Abschnitt 3.2, Bild 10). Umdie Richtlinie im Umfang zu begrenzen, sind solcheUmwandlungen in der Regel nicht zustzlich im L-sungskatalog enthalten.Die Lsungen sind in Form eines Konstruktionskata-logs 12 zusammengestellt, der

47、 auer den Getriebeneine ordnende Systematik und einen Zugriffsteil hat.Ziel dieser Richtlinie ist es, dem Anwender zweck-mige Lsungen in einer bersichtlichen Form ver-fgbar zu machen (siehe auch VDI 2727 Blatt 1).Dabei stellt der vorliegende Lsungskatalog einenKompromiss dar. Auf der einen Seite sol

48、l ein mg-lichst vollstndiges Spektrum an Lsungen bereitge-stellt werden. Da aber eventuell bereits kleine nde-rungen der kinematischen Abmessungen relativgroe Abweichungen oder andersartige Charakteris-tiken bei den jeweiligen bertragungsfunktionen be-wirken knnen, wchst die Anzahl der Lsungenleicht

49、 ber vertretbare Grenzen hinaus. Werden ande-rerseits einander hnliche Lsungen immer weiterzusammengefasst, so erhlt man zwar eine geringe berschaubare Anzahl abstrakter Lsungsprinzipe,jedoch ist der Weg vom abstrakten Prinzip bis hin zurbrauchbaren Realisierung des Getriebes oft nicht ein-fach zu erkennen und zu durchschreiten.Der Katalog in der vorliegenden Form soll dem Kon-strukt