Name: sizing a solid power transmission shaft
Uploaded: 2024-05-23T12:59:58.000Z
Duration: 1 min 9 s
Channel: JoVE

Eine Vollwelle dreht sich und überträgt die Kraft vom Motor auf eine Werkzeugmaschine, die mit dem Getriebe verbunden ist. Berechnen Sie bei gegebener zulässiger Schubspannung den kleinstmöglichen Durchmesser der Vollwelle.
Berechnen Sie zunächst das auf das Getriebe ausgeübte Drehmoment anhand der Werte für die Wellenumdrehung und die Kraftübertragung.
Die entsprechenden Tangentialkräfte, die auf die Zahnräder wirken, werden aus dem Drehmoment berechnet.
Die Biegemomentdiagramme ermitteln die Biegemomentwerte für Kräfte, die auf die horizontale und vertikale Ebene wirken.
Berechnen Sie bei allen potentiell kritischen Querschnitten die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der Biegemomente und der Torsion.
Ermitteln Sie das polare Momentenverhältnis, indem Sie die bekannten und berechneten Werte in die Beziehung setzen, die die Schubspannung mit dem polaren Momentenverhältnis gleichsetzt, und den Maximalwert, der aus der Quadratwurzel der Summe der Quadrate aus Biegemomenten und Torsion abgeleitet wird.
Bestimmen Sie abschließend den Radius der Welle und den kleinsten zulässigen Durchmesser anhand des Wertes des polaren Momentenverhältnisses.

getriebewellen: problemlösung

Die Konstruktion einer Vollwelle, die die Kraft von einem Motor auf eine Werkzeugmaschine überträgt, erfordert eine Reihe von Berechnungen, um sicherzustellen, dass die Welle den Belastungen durch Biegemomente und Drehmomente standhält. Berechnen Sie zunächst das auf das Zahnrad ausgeübte Drehmoment unter Berücksichtigung der von der Welle übertragenen Leistung und ihrer Drehzahl. Berechnen Sie anschließend die auf die Zahnräder wirkenden Tangentialkräfte, die in direktem Zusammenhang mit dem Drehmoment und dem Zahnradradius stehen.

Als nächstes verwenden Sie Biegemomentdiagramme für die Welle, um die Biegemomentwerte aufgrund von Kräften zu ermitteln, die in horizontalen und vertikalen Ebenen wirken. Bestimmen Sie an potenziell kritischen Querabschnitten der Welle die kombinierten Spannungen aus diesen Biegemomenten und der Torsion, indem Sie die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate dieser Werte berechnen. Diese Analyse hilft zu beurteilen, ob die Welle der Belastung standhalten kann, ohne auszufallen. Berechnen Sie dann das polare Trägheitsmoment, das für die Verknüpfung von Scherspannung mit Torsions- und Biegemomenten entscheidend ist.

<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/15664/15664_Equation_1.svg" style="text-align: center; height: 58px;">

Diese Berechnung überprüft die Fähigkeit der Welle, den einwirkenden Kräften standzuhalten. Berechnen Sie abschließend den minimal erforderlichen Durchmesser der Welle auf der Grundlage des polaren Trägheitsmoments, um sicherzustellen, dass sie den berechneten Belastungen bei minimalem Materialeinsatz standhält und gleichzeitig die Sicherheits- und Leistungsstandards erfüllt.

Getriebewellen: Problemlösung

Eine Vollwelle dreht sich und überträgt die Kraft vom Motor auf eine Werkzeugmaschine, die mit dem Getriebe verbunden ist. Berechnen Sie bei gegebener zulässiger Schubspannung die ...

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Lehre

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Mechanical Engineering

Maschinenbau

Unit 1

Einheit 1

Principal Stresses under a Given Loading

Hauptspannungen unter einer gegebenen Belastung

KEY TERMS AND CONCEPTS

ZENTRALE BEGRIFFE UND KONZEPTE

Transmission Shafts: Problem Solving

sizing a solid power transmission shaft

A solid power transmission shaft must be sized so it can carry both torque and bending loads. In this problem, the shaft connects a motor to a machine tool through a gear, so the design must resist the stress created by rotation and force transfer.

The first step is to calculate the torque on the gear. This uses the power carried by the shaft and its rotational speed. The tangential force on the gear is then found from the torque and the gear radius.

Next, bending moment diagrams are used for the shaft. These diagrams show the bending moments produced by forces in the horizontal and vertical planes. At critical transverse sections of the shaft, the bending and torsional stresses are combined by taking the square root of the sum of the squares of these values.

That combined-stress check helps show whether the shaft can resist failure under the applied loading. The polar moment of inertia is then calculated. This value links shear stress with torsion and bending moments and is used to verify the shaft’s strength.

The final step is to find the minimum required shaft diameter from the polar moment of inertia. This gives a solid shaft size that can handle the calculated stresses while using as little material as possible. The design must still meet safety and performance standards.

Sizing a Solid Power Transmission Shaft

principal stresses in a beam

Beam Stress Patterns Under Transverse Load

Beam stress patterns under transverse load depend on both bending and shear. In a prismatic beam, these two effects work together to shape how stress is distributed across the cross-section and to help engineers judge structural integrity. The largest normal, or bending, stress appears at the outer fibers of the beam. It drops in a straight line to zero at the neutral axis, which is the line in the cross-section where bending stress changes direction. Shear stress behaves differently. It is...

design of transmission shafts - stress analysis

design-of-transmission-shafts-stress-analysis

Transmission Shaft Bending and Torsion

Transmission shafts carry power while facing both bending and torsion. In gear systems, these loads create force-couple systems at the center of the shaft cross-section. That means the shaft must be checked for transverse loading and twisting at the same time. The transverse loads create shearing stress, but it is usually smaller than the stress from torque and is often ignored. Even so, the normal stress from these loads can add to the maximum shearing stress in the shaft. To find that normal...

transmission shafts: problem solving

A solid power transmission shaft must be sized so it can carry both torque and bending loads. In this problem, the shaft connects a motor to a machine tool through a gear, so the design must resist the stress created by rotation and force transfer. The first step is to calculate the torque on the gear. This uses the power carried by the shaft and its rotational speed. The tangential force on the gear is then found from the torque and the gear radius. Next, bending moment diagrams are used for...

stresses under combined loadings

Principal and Shear Stresses in a Bent Tube

A bent tube with a circular cross-section can experience normal stress, shear stress, principal stress, and maximum shearing stress when several loads act on it. To analyze these stresses, the tube is sliced at key points and the internal forces at each section are examined at the centroid. This helps show how the material responds under combined loading. Normal stress comes from axial forces and bending moments. It can be tensile or compressive, and it changes across the cross-section from...

key terms and concepts

Learn how a solid transmission shaft is sized by calculating torque, tangential force, bending moments, combined stress, and minimum diameter for safe design.

Sizing a Solid Power Transmission Shaft | JoVE K12

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Sizing a Solid Power Transmission Shaft

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