Headerbild

Formelsammlung und Berechnungsprogramme
Maschinen- und Anlagenbau

pixabay.com  

Hinweise     |     

Update:  05.12.2022

Werbung

Gelenkwelle Anordnung

Berechnung, Gestaltung und Anwendungen von Gelenkwellen.


Antriebswelle Belastung

Kompakt und gut verständlich ein Überblick heutiger Technik im Nutzfahrzeug.


Menue
Gelenkwelle

Gelenkwelle berechnen
bei verschiedenen Einbaulagen

Anordnungsformen von Gelenkwellen

Durch die Umlenkung des Moments im Gelenk wirkt an der Gabel ein Zusatzmoment.
Das Zusatzmoment bewirkt Kräfte auf die Lager, die die Welle biegend beanspruchen.
Die Lagerkräfte schwanken zweimal pro Umdrehung zwischen Null und Maximum.

W - Anordnung

Gelenkwelle W-Anordnung

Z - Anordnung

Gelenkwelle Z-Anordnung
nach oben

Lagerkräfte

Gelenkwelle - Max. Lagerkräfte bei Z-Anordnung - Drehwinkel 0° und 180°

Gelenkgabel des Mittelstücks befindet sich in horizontaler Stellung. Der Neigungswinkel und die Lagerabstände sind auf beiden Seiten gleich.


Gelenkwelle Lagerkraft Z-Anordnung Formel
F A = max. Lagerkraft bei Lager A (N)
F B = max. Lagerkraft bei Lager B (N)
F A = max. Lagerkraft bei Lager A (N)
F B = max. Lagerkraft bei Lager B (N)
Gelenkwelle Z-Anordnung Schema
nach oben

Gelenkwelle - Max. Lagerkräfte bei Z-Anordnung - Drehwinkel 90° und 270°

Gelenkgabel des Mittelstücks befindet sich in vertikaler Stellung. Der Neigungswinkel und die Lagerabstände sind auf beiden Seiten gleich.


Gelenkwelle Lagerkraft Z-Anordnung 90 Grad Formel
F A = max. Lagerkraft bei Lager A (N)
F B = max. Lagerkraft bei Lager B (N)
M d = Drehmoment (Nm)
β = Neigungswinkel (°) 
a = Lagerabstand zwischen Lager A u. B (m) 
F A = max. Lagerkraft bei Lager A (N)
F B = max. Lagerkraft bei Lager B (N)
M d = Drehmoment (Nm)
β = Neigungswinkel (°) 
a = Lagerabstand zwischen Lager A u. B (m) 
Gelenkwelle Z-Anordnung Schema Bild
nach oben

Gelenkwelle - Max. Lagerkräfte bei W-Anordnung - Drehwinkel 0° und 180°

Gelenkgabel des Mittelstücks befindet sich in horizontaler Stellung. Der Neigungswinkel und die Lagerabstände sind auf beiden Seiten gleich.


Gelenkwelle Lagerkraft W-Anordnung Formel
F A = max. Lagerkraft bei Lager A (N)
F B = max. Lagerkraft bei Lager B (N)
M d = Drehmoment (Nm)
β = Neigungswinkel (°) 
a = Lagerabstand zwischen Lager A u. B (m) 
b = Abstand zwischen Lager B u. Gelenkkopfmitte (m) 
L = Gelenkwellenlänge (Mittenabstand Gelenkwellenkopfmitte) (m) 
F A = max. Lagerkraft bei Lager A (N)
F B = max. Lagerkraft bei Lager B (N)
M d = Drehmoment (Nm)
β = Neigungswinkel (°) 
a = Lagerabstand zwischen Lager A u. B (m) 
b = Abstand zwischen Lager B u. Gelenkkopfmitte (m) 
L = Gelenkwellenlänge (Mittenabstand Gelenkwellenkopfmitte) (m) 
Gelenkwelle W-Anordnung Schema 0 Grad
nach oben

Gelenkwelle - Max. Lagerkräfte bei W-Anordnung - Drehwinkel 90° und 270°

Gelenkgabel des Mittelstücks befindet sich in horizontaler Stellung. Der Neigungswinkel und die Lagerabstände sind auf beiden Seiten gleich.


Gelenkwelle Lagerkraft W-Anordnung 90 Grad Formel
F A = max. Lagerkraft bei Lager A (N)
F B = max. Lagerkraft bei Lager B (N)
M d = Drehmoment (Nm)
β = Neigungswinkel (°) 
a = Lagerabstand zwischen Lager A u. B (m) 
F A = max. Lagerkraft bei Lager A (N)
F B = max. Lagerkraft bei Lager B (N)
M d = Drehmoment (Nm)
β = Neigungswinkel (°) 
a = Lagerabstand zwischen Lager A u. B (m) 
Gelenkwelle W-Anordnung Schema
nach oben

Gelenkwellen-Axialkraft

Zum Verschieben des Schiebestücks unter der Wirkung des Drehmoments ist eine Verschiebekraft erforderlich, die von den Lagern A, B aufgenommen werden muss.


Gelenkwelle Axialkraft Formel
F a = Axiale Verschiebekraft (N)
M d = Drehmoment (Nm)
d m = mittlerer Profildurchmesser (m)
β = Beugungswinkel eines Kreuzkopfes (°) 
μ = Reibwert 
      0,11 - 0,15 Stahl auf Stahl 
      0,08 rilsaniert (kunststoffbeschichtet)  
F a = Axiale Verschiebekraft (N)
M d = Drehmoment (Nm)
d m = mittlerer Profildurchmesser (m)
β = Beugungswinkel eines Kreuzkopfes (°) 
μ = Reibwert 
      0,11 - 0,15 Stahl auf Stahl 
      0,08 rilsaniert (kunststoffbeschichtet)  
nach oben

Lebensdauer und kritische Drehzahl

Gesamtlebensdauer aus den Einzellebensdauerwerten

Bei Maschinen mit wechselnden Betriebsbedingungen werden zunächst die einzelnen Lebensdauerwerte ermittelt.
Danach ist die resultierende Gesamtlebensdauer L wie folgt zu errechnen.


Gelenkwelle Gesamtlebensdauer
L = Gesamtlebensdauer (h) 
q 1 = Zeitanteil der Einzellast (%)
L h1 = Einzellebensdauer (h)
L = Gesamtlebensdauer (h) 
q 1 = Zeitanteil der Einzellast (%)
L h1 = Einzellebensdauer (h)
Gelenkwelle Lebensdauer Diagramm
nach oben

Kritische Drehzahl von Gelenkwellen

Das Mittelteil der abgewinkelten Gelenkwelle wird periodisch wechselnd auf Biegung beansprucht. Dadurch wird das Mittelteil zum Schwingen angeregt. Bei Resonanz der Biegeschwingung und der Eigenfrequenz der Gelenkwelle wird die Gelenkwelle hoch beansprucht. Um dies zu vermeiden, sind lange und mit hoher Drehzahl laufende Gelenkwellen auf biegekritische Drehzahlen zu untersuchen. Die biegekritische Drehzahl 1. Ordnung einer Gelenkwelle in Rohrausführung kann näherungsweise wie folgt errechnet werden. Die max. Betriebsdrehzahl sollte im unterkritischen Bereich liegen.


gültig für Stahlrohr
Gelenkwelle Eigenfrequenz Stahlrohr Formel
gültig für Stahlstab (Vollmaterial)
Gelenkwelle Eigenfrequenz Stahlstab Formel
nmax = 0,6 bis 0,7 * nkt
n kt = Kritische Drehzahl (1/min)
D = Rohr- bzw. Stab-Außendurchmesser (mm) 
d = Rohr- Innendurchmesser (mm) 
L = Mittelteil-Länge (mm) 
M = mittl. Drehmoment (Nm) 
n max = Maximale Drehzahl (1/min)
n kt = Kritische Drehzahl (1/min)
D = Rohr- bzw. Stab-Außendurchmesser (mm) 
d = Rohr- Innendurchmesser (mm) 
L = Mittelteil-Länge (mm) 
M = mittl. Drehmoment (Nm) 
n max = Maximale Drehzahl (1/min)
Gelenkwelle Eigenfrequenz Bild

nach oben