SF Kurbelwelle

[BerntStein]

mal 2-3 Minuten den Bleistift geschwungen und den Abakus bemüht.

 

Kerbanalysen erfolgten auf folgender Basis:

-spiegelsymmetrische Limawange mit fest integriertem Bolzen

-feste Einspannung Bolzenmitte

-Lastaufbringung am Lagersitz 30.oooN :4=7500N (120 oder 130bar im OT der Einfachheit halber und ohne G-Kräfte, bzw. nur pessimistische G-Kräfte UT)

-53 Hub

-Radiusende immer 1,65 von Wange weg

-keine Fliehkraft auf dem Modellkörper wirkend

-Konvergenzen meist nicht geprüft, wegen doofen Ecken außerhalb des interessierenden Bereiches

 

-->Vorgehensweise i.O. für Vergleich, Absolutwerte können abweichen

-->von Moses; immer

-->Skalierung jeweils angepasst !!

 

Welle , DM25 mit Lageranschlag wie vorgefunden, Radien 0,8 - 0,4 - ginge aber trotz Lageranschlag besser

EDIT !! das Maximum liegt sogar noch in einer Zone zu grober Elemente und kann deutlich höher liegen !!

 

Welle , DM25 ohne Lageranschlag , Radius 1,65

 

 

Welle , DM25 ohne Lageranschlag , Radien etwas optimiert , zur Wange größer werdend, spart nochmal 10% zum R1,65

 

 

Welle , DM20 ohne Lageranschlag, Radien ident zu DM25 , zur Wange größer werdend --> man beachte die Lage des Maximums gegen DM25 !!

 

 

Ganzbild, um zu sehen, dass der Lastpfad unten viel weniger Spannungen hinbringt, weshalb die Optimierung individuell erfolgen muß !!

unerwartet, aber nachher logisch:

Zugdreiecke kann man sich daher hier wohl in die Haare schmieren, Faulpelzecke und Umlenkung der Kraft unter 45° usw. greifen nicht, bei dem nahen, aber versetzten Abtrag zum Hubzapfen hin.

 

p.s.:

Die Vorgehensweise (Einspannung und Krafteinleitungsstelle) wirkt auf den ersten Blick merkwürdig.

Vorteile sind: keine Artefakte am Lagersitz, sowie Freiheit für Verformung und Kippbewegung am Lagersitz.

Ich kann das wohl nicht realitätsnäher umsetzen. Die Absolutwerte sind nicht einklagbar, aber nicht völlig aus der Welt.

Es ging NUR um die Kerbstelle am Übergang zur Welle, bzw. die Auswirkung unterschiedlicher Geometrien an nur dieser Stelle !

 

May the Guss be with you !

Bearbeitet 10. Februar 2015 von BerntStein

[amazombi]

Erstaunlicher und beeindruckender Abakus den du da hast.

[BerntStein]

@powerracer: DANKE!

-->Einzelstücke Induktionshärten ist kein Problem? In meiner Zeichnung stehts nämlich schon so drin...aber das war nicht klar, ob das bei paar Teile wer macht...

 

Näheres stellt sich heraus, wenn der Abakus den kombinierten Lastfall aus Presspassung, Fliehkraft UND Pleuelkräften gelöst hat.

Das wird die Spannung um die Bohrung der DS-Wange nochmal höher treiben.

Mal abwarten, ob dabei rauskommt, dass keine der Wellen jemals hätte 12.ooo rpm schaffen können.

 

edith sacht noch

@amazombi - unser Prof. hat uns FEM von Hand rechnen lassen.

Nix klickibunti.

Früher hat der das wohl mit Nullen und Einsen gemacht - und wenn die Zeiten schlecht waren, durfte er nur mit Nullen arbeiten  - oder so  hehhehehehe

Bearbeitet 10. Februar 2015 von BerntStein

[wheelspin]

@BernStein,

 

ich hab meine VWW aus 42CrMo4QT gefertigt,

das Material bezog ich von der Fa. Günther+Schramm

das QT steht für vorvergütet, jeder Stahlhändler hat dafür seine eigene Bezeichnung,

Zugfestigkeit 1000-1200 N/mm²

die Pleuelzapfenbohrung mit 0,4mm Untermaß gefertigt,

bei der Fa. Belzer in Solingen, die Bohrungen auf 58 bis 60 HRC Induktionshärten lassen,

dann die Bohrungen auf 0,07 mm Untermaß geschliffen.

 

Das Material ist dermaßen wiederstandsfähig,

das beim richten mit dem 1000g Kupferhammer, nicht die kleinste Macke sichtbar war.

Habe die Wellenstümpfe auf Ø 22 gefertigt,

 

Gruß

 

kenne das zeug unter 42CrMo4V  - aber wie du schon sagts, da hat irgendwie jeder einen eigenen namen für das kind..

 

zum untermaß,

 

welchen Ø hat der bolzen und wie groß ist die einpresstiefe in diesem fall? müsste dann ja vom durchmesser des bolzens schon was größeres sein...oder ne irre einpresstiefe haben?

[powerracer]

kenne das zeug unter 42CrMo4V  - aber wie du schon sagts, da hat irgendwie jeder einen eigenen namen für das kind..

 

zum untermaß,

 

welchen Ø hat der bolzen und wie groß ist die einpresstiefe in diesem fall? müsste dann ja vom durchmesser des bolzens schon was größeres sein...oder ne irre einpresstiefe haben?

@wheelspin,

hi,

 

hab da eine Wangenbreite von 18 mm, bei Ø 22,00 mm Pleuelzapfen (hab ja das Gehäuse mit 16mm gespacert)

110er Pleuel von einer YamahaTZ 250

 

@BerntStein (sorry für den Schreibfehler in deinem Namen), Fa. Belzer macht auch Kleinstmengen, berechnet halt € 25,- Rüstkosten

habe für vier Wangen, inkl. Versand € 95,- (inkl.) gelöhnt, die anderen Preise sind ohne Steuer

für eine Wange, ohne Rüstkosten € 12,-

 

Gruß

[BerntStein]

Eigentlich muß es eine Weichzone nach der Härtezone geben.

Also da, wo die Temperatur nimmer ganz fürs härten reicht, aber schon über Anlaßtemperatur liegt.

Dann treibt man den Teufel mit dem Beelzebub aus. Falls man in dem Bereich nicht mit weichgeglüht leben kann.

 

Hat wer schonmal grob die Härte der BGM Vollwange am Gewinde und Lagersitz gecheckt?

[Klingelkasper]

Vergiss das mit der weichen Zone, gibt es beim 42CrMo4 nicht. Wenn richtig induktiv gehärtet wurde fällt hinter der spezifizierten Einhärtetiefe die Härte lediglich relativ zügig bis auf die Kernhärte ab.

[gravedigger]

schon mal daran gedacht, dass so eine vorvergütete welle im kern nicht die volle zugefestigkeit hat? ist dann blöd mit dem lagerzapfen und so.

[Klingelkasper]

Dazu kommt noch das die Festigkeit bei den Rohlingen in für Kurbelwellen üblichen Abmessungen eh schonmal 10% niedriger ist als oben angegeben, wobei die Festigkeitswerte ca. 12mm unter der Oberfläche genommen werden. Bei den Kurbelzapfen gehts aber eh um Ermüdungsfestigkeit, da ist neben dem Design die Fertigungstechnik mit auschlaggebend und nicht nur die Werkstofffestigkeit allein -> d.h. z.B. endkonturnah geschmiedete Rohlinge, vergütet und auf Endmaß geschliffen, kritische Bereiche evtl. durch "drücken" zusätzlich verfestigt. Das bring i.d.R. mehr als ein Werkstoff mit 100 MPa höherer Zugfestigkeit.

[Guenni]

@Gerhard

Drehschieberwelle 20er   denk mal Mazzu  

so 18 bis 20 ps Elestart Lüfterrad

soeben ausgebaut

hat aber schon ein paar Km aufm Buckel

 

Sorry wenn Offtopic

 

[BerntStein]

passt doch gut rein hier.

Noch schicker wäre jedoch eine Großaufnahme der Bruchfläche in guter Auflösung bzw. die Aussage, ob der Bruch nähe Hubzapfen gestartet ist.

[Rietzebuh]

Schicke Bilder!   Inventor? Falls ja, bitte nur die Farben/Vergleiche der Spannungen nehmen, nicht die Werte. Bei uns in der Firma sagen die Leute (also Menschen die ANSYS täglich benutzen), dass man die Spannungen aus Investor so ziemlich vergessen kann, als Hinweis ok, als Nachweis nicht tauglich. Würde von Prüfstellen auch nicht akzeptiert werden bei uns.

Bei der Investor University haben se unserem Ansprechpartner auch eher zu ANSYS geraten, man sollte das interne FEM Programm eher nur zum grob berechnen nehmen.

Will hier nicht kritisieren, bitte nicht falsch verstehen!!!!   Is ne Menge Arbeit, weiß das zu genau und hätte auch null Zeit sowas zu machen, wollte eben nur darauf eingehen, dass man, wie du bereits beschrieben hattest, die Werte nicht allzu ernst nehmen sollte. Und ANSYS lernt man eben nicht so nebenbei, kann es auch net. Und selbst dann braucht man noch jemanden der interpretieren kann, was da rauskommt, nicht jede Spannungsüberschreitung ist relevant.

 

Zum Thema 42CrMo4: der hier genannte Wert is wohl etwas hoch, der Tabellenwert ist immer nur auf einen kleinen Wellen-Probedurchmesser bezogen (war glaub ich laut Norm 16mm?!?), mit steigendem Durchmesser sinkt der leider, außer man (haben wir auch schon gemacht) lässt sich bestätigen vom Hersteller, dass der Stahl eine höhere Festigkeit hat. Bestätigte Testwerte natürlich mit dem verkauftem Material gemacht, klar. Was eine Oberflächenverfestigung hier bringen soll, erschließt sich mir nicht, dann lieber, wie Bernstein mit seinem FEM zeigen wollte, an der Konstruktion/Radien/Übergängen/Durchmesser arbeiten. DIN743 zeigt da recht gut, was so Radien und Kanten für tolle Kerbbeiwerte erzeugen können.

 

Bin übrigens sehr beeindruckt, was hier an Arbeit reingesteckt wird, da ziehe ich echt den Hut vor!!!

[BerntStein]

a) Glattwalzen ist sonn Ding für Zeitfestigkeit erhöhen.

 

b) ich sehe keinen Grund, dem Inventor zu misstrauen. Vermutlich kommt so eine Äusserung aus anderen Zeiten oder ganz speziellen Fällen heraus. Weil die Diva halt keine Schalenelemente kann und was weißich.

Hast halt die Tetraeder und paar Optionen. Zusammen mit Grundwissen und Vorsicht kann das was.

 

c) Festigkeitsangaben für Werkstoffe entnehme man vernünftigen Datenblättern, wo auch drin steht, was wann wo gemessen wird. (DEW, SAAR, Böhler, Thyssen und so)

d) man sehe sich Datenblätter mit Schwankungsbreite an. Stichwort HH und HL Sorten....

 

Klar, die Absolutwerte an den Kerbstelle jucken kaum:

es handelt sich um wechselnde Biegespannung mit überlagerter, wechselnder Torsion undundund. Da geht eh´ kein Tabellenwert für Festigkeit. Da knallts schon weit vorher, wenns ist.

Es zählt der Zahlenvergleich, um die Geometrien gegeneinander zu bewerten.

Und die Praxiserfahrungen, die gebracht wurden, sagen einem, dass es dann reichen tut.

 

Die Presspassung, und wie weit die DS-Fläche rauskommt nehme ich ziemlich an, dass die Ergebnisse stimmen.

Die Presspassung muss nochmal laufen zusammen mit der Pleuelkraft. Hatte da gestern vergessen die Pleuelkraft zu teilen und mit zuviel gerechnet.

Soviel schon jetzt:

So abartig viel höher waren die Spannung um den Hubzapfen auch mit 80.oooN Pleuelkraft nicht. (ca.400% des zu erwartenden in UT)

 

Abgesehen davon, dass die Diskussion mir selber jetzt einiges gebracht hat, wäre es schön, wenn sich der eine oder andere dadurch ermuntert fühlt, weiter zu machen.

 

Aus den obigen Äusserungen der Antwortgeber schliesse ich nämlich, dass Versagenursache eher in zu geringer Festigkeit , als zu geringer Bruchdehnung zu suchen ist.

Also schiele ich jetzt mit gutem Gefühl Festigkeitsmässig höher, als ich es sonst getan hätte.

 

Wer mit ANSYS dagegen rechnen will: ich sende das entsprechende Stückle um den Bolzen mit paar Angaben gerne raus. Dann sieht mans ja.

Bearbeitet 12. Februar 2015 von BerntStein

[BerntStein]

Zur DIN mit Kerbwerten: im Prinzip ja.

Meine Rechnungen haben jedoch gezeigt, dass der Lastpfad zum Hubzapfen die Sache etwas verzerrt.

Das ist schon bissl unerwartet, was man da erhält.

Wenn mans ganz toll machen wollte, müsste man das nochmal zusammen mit dem Preßsitz rechnen.

[Klingelkasper]

[snip]

 

Zum Thema 42CrMo4: der hier genannte Wert is wohl etwas hoch, der Tabellenwert ist immer nur auf einen kleinen Wellen-Probedurchmesser bezogen (war glaub ich laut Norm 16mm?!?), mit steigendem Durchmesser sinkt der leider, außer man (haben wir auch schon gemacht) lässt sich bestätigen vom Hersteller, dass der Stahl eine höhere Festigkeit hat. Bestätigte Testwerte natürlich mit dem verkauftem Material gemacht, klar. Was eine Oberflächenverfestigung hier bringen soll, erschließt sich mir nicht, dann lieber, wie Bernstein mit seinem FEM zeigen wollte, an der Konstruktion/Radien/Übergängen/Durchmesser arbeiten. DIN743 zeigt da recht gut, was so Radien und Kanten für tolle Kerbbeiwerte erzeugen können.

 

Bin übrigens sehr beeindruckt, was hier an Arbeit reingesteckt wird, da ziehe ich echt den Hut vor!!!

 

Ich meine mich zu erinnern, dass ich das mit der durchmesserabhängigen Festigkeit schon auf der vorherigen Seite erwähnt habe, aber selbst wenn ein 3.1er Zeugnis mit den Festigkeitswerten für die  gekaufte Charge vorliegt, sind die Zugproben zur Ermittlung der Kennwerte ca. 12 mm unter der Oberfläche genommen, das sagt bei nem 120er rund noch nicht das diese Werte auch in der Mitte ereicht werden. Siehe auch DIN EN 10083-3.

 

Das mit der Oberflächenverfestigung ist ganz einfach. Es werden Druckeigenspannungen eingebracht, die im entsprechenden Maße die im Betrieb aus dem Biegeumlauf entstehenden Zugspannungen an der Oberfläche reduzieren, also genau da wo der Ärger losgeht. Außerdem wird die Rauigkeit weiter reduziert, was die Ermüdungsfestigkeit ebenfalls erhöht.

Daß der Bruch an der Oberfläche beginnt ist trotz der Unschärfe auf dem Bild von der Mazzuwelle gut zu sehen: Ermüdungsbruchflächen am Außenrand, deutlich von der zerhämmerten Rest(gewalt)bruchfläche in der Mitte zu unterscheiden. Der Lagersitz sieht eigentümlich malträtiert aus, wenn das tatsächlich Riefen vom Lagereinbau sind, die ich glaube auf dem Bild zu erkennen, setze ich nen Kasten Bier drauf das der Ermüdungsbruch an einer der Riefen seinen Ausgangspunkt hatte.

 

 

 

Edith schiebt noch nach dass die hier entscheidenende Ermüdungsfestigkeit leider nicht proportional mit der Zugfestigkeit/Streckgrenze ansteigt. Bei hohen Zufestigkeiten wir der Werkstoff ausserdem kerbempfindlicher (ja, sowas gibts auch). Wenn man mit der Werkstofffestigkeit irgendwo bei nem optimal vergütetem 34CrNiMo6 oder so gelandet ist und Gestaltoptimierung sowie die von mir bereits genannten Maßnahmen nicht mehr greifen bleibt einem nur noch der Weg über den dickeren Wellenzapfen.

Bearbeitet 12. Februar 2015 von Klingelkasper

[BerntStein]

Wenn die Ermüdung nicht bei der Bohrung beginnen sollte, dann war das Polrad schlecht gewuchtet, oder eine Riefe schuld.

[Rietzebuh]

So kenne ich das aus der DIN EN 10277-5, dickenabhängig. Sprich bei uns Max. Durchmesser.

[BerntStein]

Richtig,

für uns wichtig ist nur auch, dass die Probenentnahme beim Max Durchmesser nicht in der exakten Mitte ist.

Ist wohl norm so, und nicht jeder Katalog erwähnt das. Z.B. Deiner und auch die Saar-Datenblätter.

 

Heisst jedoch, wenn wir einen dicken Brocken +QT-Material bis auf unsere Absatz-Durchmesser runterdrehen, wird der Wert aus dem Prospekt nur aussen erreicht.

Dann muss man mit weniger auskommen - oder man lässt nach dem Vordrehen vergüten.

 

Laut Niemann Maschinenelemente werden bis zu 30% plastifizieren im Pressverband realisiert.

Nur die Kerbstelle könnte dann in die Knie gehen. Zumindest bei 20er Durchmesser.

Ich glaube also, dass nach dem Vordrehen zu vergüten, kein Fehler ist.

 

KLICK

 

Gruß Bernt

[powerracer]

Im Hinblick auf modernste 125er Kart-Motore,

die mittlerweile bei 30er Wellenstümpfen angelangt sind,

wohl auch, da hier die Fliehkraft-Kulu und das Ritzel sitzt, das Kettenpeitschen darf nicht unterschätzt werden,

würde ich vom Bauchgefühl bei einer SF, auf einen 25er Wellenstumpf gehen.

Lager u. Siri sind ja kein Problem, evtl. den Sirisitz stufen.

 

42CrMo4 nicht vorvergütet, um das zerspanen zu erleichtern, dann wie schon hier geschrieben, nach dem vordrehen vergüten.

Den Radius zur Wange bisschen kleiner, als den max. Radius der Lager fertigen,

wegen Kerbwirkung den Wellenstumpf, samt Radius schleifen,

den Radius dann noch polieren.

Pleuelzafenbohrung induktionshärten u. schleifen.

 

In der Vergangenheit, haben sich doch 25er Wellenstümpfe als sehr gute und zuverlässige Lösung bei den SF bewährt,

auch bringt einem das Bauchgefühl oft mehr, wie die ganzen Berechnungen, wer hat schon solche Möglichkeiten wie BerntStein.

 

Wenn ich wieder eine Welle bauen würde, würde ich so vorgehen,

denn vorvergütetes Material bearbeiten, hat schon was,

 

pr

Bearbeitet 14. Februar 2015 von powerracer

[wheelspin]

...

In der Vergangenheit, haben sich doch 25er Wellenstümpfe als sehr gute und zuverlässige Lösung bei den SF bewährt,

pr

 

wäre ich voll dabei - und eine lösung für die nicht wieder andere komponenten umgemodelt werden müssen..

 

 

auch bringt einem das Bauchgefühl oft mehr, wie die ganzen Berechnungen, wer hat schon solche Möglichkeiten wie BerntStein.

 

Wenn ich wieder eine Welle bauen würde, würde ich so vorgehen,

denn vorvergütetes Material bearbeiten, hat schon was,

 

pr

 

  sehr schön - ich mag pragmatisches vorgehen...

[heizer]

25er wellenstumpf kann man vorallem auch im ets gehäuse fahren und wäre somit universeller.

[BerntStein]

so, die Rechnung mit der gewünschten Pleuelkraft.

Kraft sind 30.oooN (fürs Modell 7.5ooN), das wäre der pessimistische Wert in UT

Drehzahl 12.ooo

Pleuelkraft könnte man noch sorgfältiger ermitteln, ich schätze man kommt eher auf 20.oooN

und die Verschiebung

 

Die Randbedingungen sind wie oben erwähnt. Überdeckung o,o8mm, Hohlbolzen usw.

 

@poerracer : Welche Möglichkeiten ich habe, wird sich noch weisen. Das ganze ist als Schützenhilfe für jemanden angelaufen.

Ich entscheide also nicht alleine, was wann wie umgesetzt wird.

Die Diskussion hier soll allen helfen, die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Demnächst geht es hier noch um den Lagerabstand im Gehäuse usw. -->Geometrie absichern

Meine Werte habe ich von einer Welle, die ich vor paar Jahren mal gemessen habe.

 

Wenn es nach mir geht, soll am Ende hier im topic alles stehen, was man fürs Wellen machen so brauch.

[BerntStein]

Zeit für Geometrie-Check.

Könnt Ihr mir bitte die Maße kontrollieren?

--Speziell die Zylindermitte zum Kulu-Lager wäre ein wichtiger Fall.

--Breite bis zum Beginn des Lima-Lagers

Vielen Dank schonmal !

[primavera27]

Mess ich dir heute aus.

Zeit für Geometrie-Check.

Könnt Ihr mir bitte die Maße kontrollieren?

--Speziell die Zylindermitte zum Kulu-Lager wäre ein wichtiger Fall.

--Breite bis zum Beginn des Lima-Lagers

SF_Kuwe_Maße_20150225.jpg

Vielen Dank schonmal !

[BerntStein]

Danke - muß ja mal fertich werden.

Vorher kann ich schlecht ans nächste Projekt.

 

Vielleicht hat aber ja wer anderes Maße/Tipps parat ?

[pfupfu]

kuluseitig endlich mal ein schiebesitz und keine 4/100 Presspassung bei der man nen span zieht

[amazombi]

Wurde weiter vorne schon angemahnt und kann ich als Hinweis nur noch mal unterschreiben.

[BerntStein]

DANKE, Ist eingeplant. Kuluseitig muß man nicht so viel überlegen.

 

Limaseitig ist das schon eine Gratwanderung imho.

 

Da außer dem 6005 kein C3 verfügbar ist, lebt man zwischen Wandern des Innenringes und fressen des Lagers.

Für mich selber würde ich daher 20iger Stumpf machen oder 6005er nehmen und dafür mit anständigem Sitz (Toleranz K6 oder so dann).

Meinungen?

Bearbeitet 26. Februar 2015 von BerntStein

[GUE_]

Wenn du dich für das 6005er entscheidest würde es sich vielleicht auch gleich anbieten die Limawange breiter zu machen.

Falc und Polini machen das bei den Vollwangenwellen. 

 

Welche Welle hast du als Referenz genommen für deine Messung?

Ich glaube dass es da speziell bei der Konuslage Limaseitig Unterschiede gibt.

[BerntStein]

Ich habe das vor Jahren mal gemessen. Ich glaube relativ ordentlich, an einer ETS-Welle. (NOS?)

Da ich mir da insgesamt nicht mehr so 100pro sicher bin, muß ich das eben versuchen gegenzuchecken.

Außerdem bin ich mir ziemlich sicher, dass die Innenseiten der Wangen nicht plan waren, sondern konisch nach innen rein. Da hat man schnell Mist gebaut.

u.U. wäre Messung am Gehäuse gut. Oder halt einer guten Original-Welle.

 

Die Welle wird eher nicht verbreitert. Nur der DS halt.

 

edit: habe damals die Welle "gschwind" nachmodelliert - nur wegen der Wuchtung. Da muß nicht jeder Übergangsradius perfekt nachgebaut sein.

Bearbeitet 26. Februar 2015 von BerntStein