Kostenloses Ingenieurwerkzeug #071
Wellendurchmesser für Torsionsrechner
Berechnen Sie den minimalen Wellendurchmesser, der zur Übertragung eines gegebenen Drehmoments erforderlich ist. Geben Sie Drehmoment, zulässige Schubspannung und Werkstoff ein, um den erforderlichen Durchmesser mit Sicherheitsfaktor zu erhalten.
Ergebnisse
Mindestdurchmesser (Vollwelle)
Hohlwelle
Drehwinkel
| Material | σ_y (MPa) | τ_all (MPa) | G (GPa) |
|---|---|---|---|
| AISI 1020 (Weichstahl) | 210 | 40 | 79 |
| AISI 1045 (Mittelstahl) | 310 | 80 | 79 |
| AISI 4140 (Legierungsstahl) | 415 | 110 | 80 |
| AISI 4340 (hochfest) | 470 | 140 | 80 |
⚠️ Hinweis: Dieser Rechner dimensioniert nur für reine Torsion. Bei kombinierter Biegung und Torsion verwenden Sie die Methode des äquivalenten Drehmoments. Berücksichtigen Sie stets Keilnuten und Spannungskonzentrationen.
Für eine Vollwelle gilt: d = ∛(16T/(πτ_all)). Dies folgt direkt aus der Torsionshauptgleichung τ = 16T/(πd³). Einen Sicherheitsfaktor berücksichtigen Sie über τ_design = τ_all / SF.
Die zulässige Torsionsschubspannung liegt bei statischer Beanspruchung typischerweise bei 50–60% der Streckgrenze: τ_all ≈ 0.577 × σ_y (Gestaltänderungsenergiehypothese nach von Mises). Je nach Anwendungsfall wird zusätzlich ein Sicherheitsfaktor von 1.5–3.0 angesetzt.
Eine Hohlwelle mit einem Durchmesserverhältnis k = d_i/d_o = 0,5 behält 93,75% des Torsionswiderstandsmoments bei nur 75% des Gewichts (also 25% Gewichtsersparnis). Für gleiches Widerstandsmoment vergrößert sich der Außendurchmesser lediglich um den Faktor 1/(1−k⁴)^(1/3).
Ja. Passfedernuten verringern die tragfähige Wellenfestigkeit durch Querschnittsschwächung und Kerbwirkung um 25–50%. Berücksichtigen Sie die Formzahl bzw. Kerbwirkungszahl Kt (typischerweise 1.6–3.0) durch entsprechende Vergrößerung des Wellendurchmessers oder Herabsetzen der zulässigen Spannung.
Verwenden Sie bei kombinierter Biege- und Torsionsbeanspruchung nach der Schubspannungshypothese das Vergleichsmoment T_eq = √(M² + T²) zur Durchmesserberechnung. Nach der Gestaltänderungsenergiehypothese (von Mises) rechnet man mit dem Vergleichsbiegemoment M_eq = √(M² + 0.75T²) und prüft σ = 32·M_eq/(πd³) gegen die zulässige Normalspannung.
Die auf dieser Seite beschriebenen Verfahren wurden vom Vibromera-Team entwickelt und im Praxiseinsatz getestet, unter Verwendung des Balanset-1A, eines tragbaren Zweikanal-Auswuchtgeräts und Schwingungsanalysators für die Vor-Ort-Rotorauswuchtung.
Professionelle Feldauswucht-Instrumente und Software.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko ist Schwingungsanalyse-Ingenieur sowie Gründer und Geschäftsführer von Vibromera. Seit mehr als 15 Jahren wuchtet er rotierende Maschinen direkt vor Ort aus statt auf dem Prüfstand: Mulchgeräte, Industrieventilatoren, Brecher, Zentrifugen, Wellen und Spindeln. Aus dieser Arbeit sind die Balanset-Geräte entstanden — sie wurden als Werkzeug konzipiert, das ein Fachmann zur Maschine mitnehmen und dort allein einsetzen kann, nicht als Laborausrüstung. Vibromera wurde 2017 gegründet und hat seinen Sitz seit 2023 in Porto, Portugal. Entwicklung, Montage und Support der Balanset-Reihe finden hier statt. Das Flaggschiffgerät ist das Balanset-1A, ein tragbares Analysegerät für ein- und zweiebeniges Auswuchten sowie für Schwingungsdiagnose. Nikolai ist persönlich in den Kundensupport eingebunden, arbeitet schwierige Auswuchtfälle durch und ist an der Softwareentwicklung beteiligt. Er arbeitet mit Kunden weltweit, in jeder Sprache.
