Durchbiegung von Wellen

[Zwen14]

Hallo allerseits,

ich möchte eine Welle auslegen und habe bezüglich der Durchbiegung zwei Fragen:

1. Wie groß darf die zulässige Durchbiegung einer Welle werden? Gibt es dafür Werte oder eine Formel? Kann ich etwa den Wert für die zulässige Durchbiegung pauschal selber festlegen?

2. Wie kann ich es vermeiden, dass sich eine Welle nicht allzu stark durchbiegt (ohne vergrößern der Biegesteifigkeit und verringern des Wellenabstandes)?

Daten von meiner Welle:
-Lagerabstand 8200mm Loslager in x=200mm und Festlager in x=8400mm
-Wellendurchmesser maximal 550mm
-Wellenlänge 9000mm
-wird in x =4300 mit einer Masse von 8000kg belastet

Hoffe ihr könnt mir bei meinen Fragen weiterhelfen.

MfG

Zwen

[Wolfgang_Digame]

Hallo allerseits,

ich möchte eine Welle auslegen und habe bezüglich der
Durchbiegung zwei Fragen:

1. Wie groß darf die zulässige Durchbiegung einer Welle
   werden? Gibt es dafür Werte oder eine Formel? Kann ich etwa
   den Wert für die zulässige Durchbiegung pauschal selber
   festlegen?

2. Wie kann ich es vermeiden, dass sich eine Welle nicht allzu
   stark durchbiegt (ohne vergrößern der Biegesteifigkeit und
   verringern des Wellenabstandes)?

Daten von meiner Welle:
-Lagerabstand 8200mm Loslager in x=200mm und Festlager in
x=8400mm
-Wellendurchmesser maximal 550mm
-Wellenlänge 9000mm
-wird in x =4300 mit einer Masse von 8000kg belastet

Hi,
wenn Du die Durchbiegung veringern willst, bleibt Dir nichts anderes übrig als die Biegesteifigkeit zu vergrößern, also vergrößern des Durchmessers, Verkürzung Lagerabstand, Material höherer Festigkeit oder aber ein Stützlager einführen.

Mit welcher Drehzahl dreht denn das ganze? Die Durchbiegung spielt eine Rolle im Hinblick auf die kritische Drehzahl, von daher könnte deren Begrenzung eine Rolle spielen - und eine nur 2-fach gelagerte Welle von 9 m ist ja ganz schön viel Holz.

Grüße

Wolfgang D.

[Zwen14]

Hi,
wenn Du die Durchbiegung veringern willst, bleibt Dir nichts
anderes übrig als die Biegesteifigkeit zu vergrößern, also
vergrößern des Durchmessers, Verkürzung Lagerabstand, Material
höherer Festigkeit oder aber ein Stützlager einführen.

Mit welcher Drehzahl dreht denn das ganze? Die Durchbiegung
spielt eine Rolle im Hinblick auf die kritische Drehzahl, von
daher könnte deren Begrenzung eine Rolle spielen - und eine
nur 2-fach gelagerte Welle von 9 m ist ja ganz schön viel
Holz.

Grüße

Wolfgang D.

Hi Wolfgang,

danke für deine Antwort. Die Welle kann aus Konstruktiven Gegebenheiten nur zweifach gelagert werden. Anbringen eines Stützlagers scheidet aus.
Die Welle besitzt eine maximal Betriebsdrehzahl von 255 U/min. Die Eigenfrequenz der Welle (Durchmesser von 500mm und der Rotormasse von 800kg) liegt in etwa bei f=9-10 Hz. Das ist das 1,5-fache von meiner maximalen Betriebsdrehzahl.
Nach deiner Antwort entnehme ich, dass für die Durchbiegung einer Welle keinen bestimmten Grenzwert gibt. Die Durchbiegung beeinflusst jediglich die Eigenfrequenz. Größere Durchbiegung niedrige igenfrequenz. Ich hatte gedacht das eine maximal zulässige Durchbiegung für Wellen (abhängig von ihrer Wellenlänge) als Regelwerk oder Vorschrift existieren würde. Also muss ich nur die kritische Drehzahl beachten und die Wellendurchbiegung spielt keine weiter tragende Rolle?

MfG

Zwen

[Gandalf]

Hallo Zwen,

diese Beschreibung klingt fast so, als wolltest Du eine Welle für eine größere Papiermaschine auslegen.

Vielleicht gibt es unter dieser Fraktion Literatur dafür.

Gandalf

[Hertstein]

Guten Tag,
1.Was willst du mit der Welle machen, wie ist ihre Funktion, wenn Du
in der Wellenmitte ein Zahnrad sitzen hast und die Durchbiegung ist
zu gross, stimmt z.B. der Zahneingriff nicht mehr. Wird die Welle als
Walze benutzt, so ist über die Länge (Auflaglinie)kein gleichmässiger
Anpressdruck vorhanden!( Bitte Funktion beschreiben)

2. welche Lagerarten verwendest Du für die Welle? Machen die gewählten
   Lager die Auslenkung bei grosser Durchbiegung mit, hast Du es geprüft, ansonsten bringst Du Zwangskräfte in die Lager ein, und sie
   werden zerstört!
3. Oben schrieb jemand du kannst die Durchbiegung auch mit Material höherer Festigkeit verringern, das stimmt nicht, Stähle haben nahezu
   den gleichen E-Modul!
   Gruss Wolfgang

[Zwen14]

Hallo,

zu deinen beiden Bemerkungen: auf der Welle sitzt kein Zahnrad, sondern eine Walze. Mit der Walze soll mit einer Gegenwalze Material zusammengepresst werden. Muss für die Walzenwelle eine gewisse Durchbiegung eingehalten werden? Die Lagerungen habe ich Berücksichtig. Ansonsten verwende ich carb-Lager
Gibt es nun eine Auslegungsregel für die Durchbiegung oder diese auch von der Funktion abhängig?

MFG

Zwen

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[Peter_TOO]

Hallo Zwen,

zu deinen beiden Bemerkungen: auf der Welle sitzt kein
Zahnrad, sondern eine Walze. Mit der Walze soll mit einer
Gegenwalze Material zusammengepresst werden. Muss für die
Walzenwelle eine gewisse Durchbiegung eingehalten werden? Die
Lagerungen habe ich Berücksichtig. Ansonsten verwende ich
carb-Lager
Gibt es nun eine Auslegungsregel für die Durchbiegung oder
diese auch von der Funktion abhängig?

Aha !!
Mit der Durchbiegung wird das Material welches gepresst werden in der Mitte dicker, bzw. die Kräfte sind in der Mitte kleiner als am Rand.

Jetzt kommt es zuerst einmal darauf an, welche Anforderungen an diesen Arbeitsschritt gestellt werden.

Grundsätzlich führt eine Durchbiegung in dieser Form mit der Zeit zu irgendwelchen Materialermüdungen.
Praktisch sind aber die durch den Prozess erlaubten Verbiegungen (Parallelität der Walzung) wesentlich kleiner als diejenigen welche durch die nötige Standzeit gefordert werden.

Wie bei jeder Entwicklung, geht es immer darum die unterschiedlichen Kompromisse unter einen Hut zu bekommen. Einer scheint bei dir ja der Walzendurchmesser zu sein.

MfG Peter(TOO)

[Larry_Boston]

Also die durchbiegung der welle hängt zum einen von der drehzahl ab, vom anderen von der eigenmasse…in der getriebetechnik z.b. gibt es für die Durchbiegung, ob statisch oder dynamisch,feste Grenzwerte, welche in deinem fall aber nicht unbedingt eingehalten werden müssen…auf grund deines lagerabstandes und des eigengewichtes der welle musst du die welle schon dem entsprechen dimensionieren…die relativ geringe drehzahl kannst du fast schon vernachlässigen, jedenfalls bei diesem durchmesser…ich würde die durchbiegung der welle statisch nochmals nachrechnen bzw. von jemanden erfahrennen durchrechen lassen und ggf. den Werkstoff anpassen, falls die dimensionierung keinen spielraum übrig lässt…infos zu solchen berechnungen findest du z.b. im decker oder mateck, mit sicherheit auch im internet…

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

[Wolfgang_Digame]

Hi,
wenn Du die Durchbiegung veringern willst, bleibt Dir nichts
anderes übrig als die Biegesteifigkeit zu vergrößern, also
vergrößern des Durchmessers, Verkürzung Lagerabstand, Material
höherer Festigkeit oder aber ein Stützlager einführen.

Mit welcher Drehzahl dreht denn das ganze? Die Durchbiegung
spielt eine Rolle im Hinblick auf die kritische Drehzahl, von
daher könnte deren Begrenzung eine Rolle spielen - und eine
nur 2-fach gelagerte Welle von 9 m ist ja ganz schön viel
Holz.

Grüße

Wolfgang D.

Hi Wolfgang,

danke für deine Antwort. Die Welle kann aus Konstruktiven
Gegebenheiten nur zweifach gelagert werden. Anbringen eines
Stützlagers scheidet aus.
Die Welle besitzt eine maximal Betriebsdrehzahl von 255 U/min.
Die Eigenfrequenz der Welle (Durchmesser von 500mm und der
Rotormasse von 800kg) liegt in etwa bei f=9-10 Hz. Das ist das
1,5-fache von meiner maximalen Betriebsdrehzahl.
Nach deiner Antwort entnehme ich, dass für die Durchbiegung
einer Welle keinen bestimmten Grenzwert gibt.Die Durchbiegung
beeinflusst jediglich die Eigenfrequenz. Größere Durchbiegung
niedrige igenfrequenz. Ich hatte gedacht das eine maximal
zulässige Durchbiegung für Wellen (abhängig von ihrer
Wellenlänge) als Regelwerk oder Vorschrift existieren würde.

Solche Regeln sind mir nicht bekannt, was nicht heißt, dass es sie nicht gibt. Zumindest als Erfahrungswerte in den verschiedenen Techniken.

Also muss ich nur die kritische Drehzahl beachten und die
Wellendurchbiegung spielt keine weiter tragende Rolle?

Nein, das ist zu einfach. Zunächst müssen die zulässigen Spannungen eingehalten werden. Die kritische Drehzahl ist nur eine zusätzliche Randbedingung, die beonders bei schnelllaufenden Wellen von Bedeutung ist. Wellen von Turbomaschinen sind z.B. in d.R. statisch in jeder Hinsicht richtig dimensioniert, wenn die Drehfrequenz deutlich unter der Kritischen liegt. Gem. den Aussagen in den anderen Beiträgen handelt es sich hier um eine Pressenwalze, da sind die Beanspruchungen eher durch das Pressgut vorgegeben als durch die Welleneigenschaften.

Grüße
Wolfgang D.

[strugatzki]

Hallo,

zu deinen beiden Bemerkungen: auf der Welle sitzt kein
Zahnrad, sondern eine Walze. Mit der Walze soll mit einer
Gegenwalze Material zusammengepresst werden. Muss für die
Walzenwelle eine gewisse Durchbiegung eingehalten werden? Die
Lagerungen habe ich Berücksichtig. Ansonsten verwende ich
carb-Lager
Gibt es nun eine Auslegungsregel für die Durchbiegung oder
diese auch von der Funktion abhängig?

MFG

Zwen

Nabend,

es stellt sich sicher die Frage was für eine Art von Regel du suchst.
Eine, wie auch immer ausgeführte, Walze ist sicher nicht als Punktlast zu betrachten sondern besitzt aussteifende Wirkung auf die Welle. Ohne Kenntnis der W-N Verbindung lässt sich sicher keine sinnvolle Aussage treffen. Darüber hinaus ist fraglich ob eine Vereinfachung ala Euler Biegebalken dem Anwendungsfall genügt. Selbsverständlich ist die maximal zulässige Durchbiegung von der ‚Funktion‘ abhängig. (wovon sonst?)

Dh. mehr Daten bitte

greetings s.

PS. Du erfragst hier konstruktive Details zu Bauteilen die erheblichen Wert besitzen. Wenn du da Mist baust gibts ordentlich Mecker vom Meister. Daher OBACHT

[Zwen14]

Hallo an alle,

danke für eure Antworten. Sie haben mir sehr viel weiter geholfen. Besten Dank,

MFG

[manoc]

Hallo Zwen,

Deine Welle wird sich 2,8 mm durchbiegen (d=500 / 8to Rotor)
Das entspricht etwa Lagerabstand/3000, das wiederum ist genau der Wert, den Roloff/Matek (isbn 3-528-74028-0 Buch anschauen) als zulässsige Durchbiegung für den allgemeinen Maschinenbau angibt.
Bei Werkzeugmaschinen wird L/5000 angegeben, bei Getrieben noch weniger.
Bei gröberen Anwendungen sind auch L/1000 möglich (natürlich abhängig von der Funktion!!)

Die Durchbiegung (etwas) reduzieren kannst Du theoretisch, indem Du eine Hohlwelle verwendest(z.B. Rohr 559x70). Damit wird das Trägheitsmoment kaum verringert, das Eigengewicht allerdings beträchtlich, und damit auch die Durchbiegung.

Hoffe, das hilft Dir weiter

Gruß Martin

[Peter_TOO]

Hallo Martin,

Hoffe, das hilft Dir weiter

Das wird es wohl nicht, denn der arme Kerl baut ein Walzwerk.

Da wird die Durchbiegung ja von den Prozessparametern vorgegeben und die Hohlwelle funktioniert dann auch weniger.

Hier hat wieder einmal jemand die Frage falsch gestellt und die Katze erst auf Nachfrage aus dem Sack gelassen ;-((

MfG Peter(TOO)

[Zwen14]

Hi Martin,

danke. Jetzt weiß ich für spätere Wellenauslegungen, dass Grenzwerte für eine Wellendurchbiegungen existieren. Danke auch noch an die anderen, die es mir klar gemacht haben, dass die Wellendurchbiegung auch von der Funktion abhängig ist.

MFG

Sven

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]