Fragenteil zur Klausur im Fach Maschinenelemente am Prof. Dr.-lng. Lohrengel

Transkript

1 Fragenteil zur Klausur im Fach Maschinenelemente am Prof. Dr.-lng. Lohrengel Wichtige Hinweise, bitte vor der Bearbeitung der Klausur lesen!! Mit der Teilnahme an der Klausur erkennen Sie die Verfahrensregeln der Klausur an! Bitte legen Sie Ihre TU Card (oder Studentenausweis und Personalausweis) bereit, ohne eine Identitätsprüfung ist eine Teilnahme nicht möglich! Handys sowie alle Mobilgeräte sind auszuschalten und außer Reichweite zu verstauen! Ein Entfernen der Heftung ist nicht zulässig! Zur Lösung dieses Klausurteils sind keine Hilfsmittel mit Ausnahme eines Stiftes und Lineal zugelassen! Zur Beantwortung der Fragen sind Füller oder Kugelschreiber erlaubt, Bleistift ist lediglich für Skizzen zulässig! Rotstifte sind nicht zulässig! Die Beantwortung der Aufgaben hat ausschließlich auf den ausgeteilten Klausurseiten zu erfolgen! Dieser Klausurteil ist auch abzugeben, wenn dieser nicht bearbeitet wurde! Dieser Klausurteil besteht aus Deckblatt sowie 5 Aufgabenseiten. Bitte versehen Sie den Klausurteil mit Ihrem Namen, der Matrikelnummer und Ihrer Unterschrift! Vorname: Matrikelnr: Unterschrift: Frage FS Summe Mögliche 1 1, ,5 5 5 Punkte Erreichte Punkte

2 1 1. Zeichnen Sie die Verspannungsschaubilder für eine Starrschraubenverbindung und eine Dehnschraubenverbindung unter gleicher Montagevorspannkraft und Flanschnachgiebigkeit! Beschriften Sie Ihre Darstellung und die Achsen!. Benennen Sie die vier Grundbeanspruchungsarten und geben Sie die dazugehörigen Formeln für die Berechnung der jeweiligen Spannung an! 3. Zeichnen Sie ein Rillenkugellager als Festlager in die untere Skizze ein! ~~~ ' ';~~'~:~'~,"~' ;~' --I ~~ /'/ -~~ ~-. ~.. ~~.. ~.. ~.. ~ :~-1 ~~

3 . Als Welle/Nabe Verbindung möchten Sie einen Pressverband fertigen. Die Nabe ist bereits mit der Passung H7 geliefert. Für die Welle ist die Zeichnung noch anzufertigen. Welche Passung sollten Sie zur Funktionserfüllung aus nachfolgenden Möglichkeiten auswählen? Bitte begründen Sie! f6 S7 g TB Begründung: 5. Skizzieren Sie die Spannungsverläufe für eine Pressverbindung mit Vollwelle! Wo liegt die kritische Stelle? tang. 6. Nennen Sie jew_e!ilszwejj3eispiele für Form- und Stoffschlüssige Verbindungen! Formschlüssig: ~- ~ ""'"""''~' ~~- Stoffschlüssig:

4 3 7. Bestimmen Sie aus dem untenstehenden Smithdiagramm die Streckgrenze, die Bruchfestigkeit, die Wechselfestigkeit und die Schwellfestigkeit! (1 cm = 100 N) 8. Geben Sie die Formel für die Berechnung der Schubspannung in der Schweißnaht mit den in der Abbildung unten benutzten Symbolen an! f F b h a

5 9. Um welchen Faktor ist die Gesamtfedersteifigkeit R 9 es des abgebildeten Federsystems größer als die Steifigkeit einer Feder? (Es soll angenommen werden, dass alle Einzelfedern die gleiche Steifigkeit R besitzen.) Geben Sie auch Teilergebnisse für die in der Skizze bezeichneten Untersysteme an! Rs _;..._!F~ R <D ~ ~ l 10. Welche Festigkeitsnachweise müssen bei der J\!"tslegung von Verzahnungen erbracht werden? (j)~ // b 11. Gegeben ist das unten dargestellte Schema eines Getriebes mit den Zähnezahlen z 1 =1 0, z=30, z3=15 und z =0. Berechnen Sie die Drehzahl n3 der Abtriebswelle, wenn die Drehzahl der Antriebswelle n 1 =100 U/min beträgt! n l:r, ~ Antrieb Z

6 Fehlersuchaufgabe Die Zeichnung zeigt die Schwungradlagerung einer Presse. Die Darstellung enthält 10 Funktions bzw. Konstruktionsfehler. Kennzeichnen und erläutern Sie diese Fehler in Stichpunkten.

7 Musterlösung - Schraubenaufgabe (ME - WS 16/17) Gegebene Variablen aus der Aufgabenstellung Anziehfaktor: Flankenwinkel Gewinde: Flankendurchmesser: Kerndurchmesser: Durchgangsbohrung: Nenndurchmesser: äußerer Durchmesser Auflagefläche: E-Modul der Mutter: E-Modul der verspannten Teile: E-Modul der Schraube: Klemmkraft (Gesamt): Bohrungsfase: Anzahl Schrauben: Sicherheit Flächenpressung: Schraubenlänge: Reibkoeffizient Gewinde: Reibkoeffizient Kopf: Klemmlängenfaktor: Behälterdruck: Gewindesteigung: Grenzflächenpressung: gemittelte Rauhtiefe: α A 1.6 β 60 d.051 d d h 7 d N d W 33.5 E M E P E S F Kges Fase 1 i j P 1.3 l 100 μ G 0.0 μ K 0.16 n 1 p 16 = 1.6 P 3 p G 660 R Z 8 Seite 1 von 7 Mit PTC Mathcad Express erstellt. Weitere Informationen finden Sie unter

8 Musterlösung - Schraubenaufgabe (ME - WS 16/17) a) Berechnung der Nachgiebigkeit der verspannten Bauteile Klemmlänge: Ersatzdurchmesser des Grundkörpers in der Trennfuge: l K = 75 D A = 50 (aus Konstruktion) Klemmlänge + Auflegefläche: d W + l K = Fallunterscheidung: d W D A < d W + l K (Fall ) Berechnung der Ersatzquerschnittes: A ers d W d 3 l h + d W D A d W K d W D A ( ) = Nachgiebigkeit: δ P l K E P A ers 75 δ P = Seite von 7 Mit PTC Mathcad Express erstellt. Weitere Informationen finden Sie unter

9 Musterlösung - Schraubenaufgabe (ME - WS 16/17) b) Berechnung der Schraubennachgiebigkeit Nachgiebigkeit Kopf: A N d N A N = 5.39 δ SK d N 0.5 E S A N δ SK 0.5 = Nachgiebigkeit Schaft: l Schaft = 6 δ Schaft l Schaft E S A N 6 δ Schaft = Nachgiebigkeit freies Gewinde: l Gfrei 9 A 3 d A 3 = 3.6 δ Gfrei l Gfrei E S A 3 9 δ Gfrei = Nachgiebigkeit eingeschraubtes Gewinde: δ G d N 0.5 E S A 3 δ G 0.5 = Seite 3 von 7 Mit PTC Mathcad Express erstellt. Weitere Informationen finden Sie unter

10 Musterlösung - Schraubenaufgabe (ME - WS 16/17) δ M d N 0. E M A N δ M 0. = δ GM δ G + δ M = Gesamte Nachgiebigkeit: δ S δ SK + δ Schaft + δ Gfrei + δ GM δ S ( ) 10 7 = c) Vorspannkraftverlust durch Setzen Setzbeträge (einzeln): Skript (S. 766): - Zug/Druck - Rauhtiefe = 8 µm f Z.Kopf.5 f Z.Mutter.5 f Z.Fuge 1.5 f Z.Gewinde 3.0 Setzbeträge (Gesamt): f Z f Z.Kopf + f Z.Mutter + f Z.Fuge + f Z.Gewinde = 9.5 Vorspannkraftverlust: F Z f Z 1 + δ S δ P 1 F Z 9.5 = Seite von 7 Mit PTC Mathcad Express erstellt. Weitere Informationen finden Sie unter

11 Musterlösung - Schraubenaufgabe (ME - WS 16/17) d) Berechnung Betriebskraft pro Schraube Innenfläche Deckel: (611 ) A D = Betriebskraft - Gesamt: F Ages p A D F Ages = Betriebskraft - pro Schraube: F A F Ages i F A = e) Berechnung der max. Montagevorspannkraft Kraftverhältnis: ϕ δ P + δ S δ P ϕ = Klemmkraft pro Schraube: F K F Kges i F K = max. Montagevorspannkraft: F M α A F K + ( 1 n ϕ) F A + F Z F M 1.6 ( ( ) ) = Seite 5 von 7 Mit PTC Mathcad Express erstellt. Weitere Informationen finden Sie unter

12 Musterlösung - Schraubenaufgabe (ME - WS 16/17) f) Berechnung der Flächenpressung unter dem Schraubenkopf Schraubenkraft: F S F M + ϕ F A F S = Auflagefläche Schraubenkopf: A D d W d h + Fase A D 33.5 ( ) = Flächenpressung Kopf: p Kopf F S A D p Kopf = zulässige Flächenpressung: p zul p G j P 660 p zul = p Kopf < p zul = zulässige Flächenpressung wird nicht überschritten - Bauteil hält! Seite 6 von 7 Mit PTC Mathcad Express erstellt. Weitere Informationen finden Sie unter

13 Musterlösung - Schraubenaufgabe (ME - WS 16/17) g) Berechnung des max. Anziehdrehmoments Steigungswinkel des Gewindes: φ atan P d φ atan 3 = Reibungswinkel des Gewindes: ρ' atan μ G cos ( 0.5 β) ρ' atan 0.0 = cos ( ) mittlerer wirksamer Reibradius: r MK d W + d h + Fase ( ) r MK = Anziehmoment (Gewinde): M t.gew F M tan ( φ+ ρ') d.051 M t.gew tan ( ) = 55 Anziehmoment (Kopf): M t.kopf F M μ K r MK M t.kopf ( ) = Anziehmoment (Gesamt): M t.an + M t.gew M t.kopf M t.an = 6.85 Seite 7 von 7 Mit PTC Mathcad Express erstellt. Weitere Informationen finden Sie unter

14 A3: Schaltkupplungen jw, Lamellenkupplung (Musterlösung) a) In welcher Höhe muss die Federkraft bemessen sein, wenn ein Schaltvorgang nicht länger als Sekunden dauern soll? Berechnen Sie den für die Federkraft erforderlichen Federweg! (Anm.: Verwenden Sie zur Berechnung des wirksamen Radius R m die Näherungsgleichung!) Berechnung von = Berechnung der erforderlichen Federkraft Mit Und = + = = 50, = 90,7 = " # $ %,&' ( ) = 50,7 Folgt: ( ) = ( * + +, $ %,&' = = = 15 = 0,15 90,7 = " # ( ) 0,1 8 0,15 = 9.07 Berechnung des erforderlichen Federwegs $ %0 = $ %,&' = 9.07 = 1.50, '30 = $ %0 ( = 1.50,5 160 = 9, b) Ab welchem Lastdrehmoment würde die Kupplung bei Nenndrehzahl durchrutschen?,&3'5 = " 6 $ %,&' ( ) = 0, ,15 = 1.805, c) Berechnen Sie die Verlustarbeit! 7 8 = = 0 90,7 =.685,3 90,7 00

15 d) Wie groß ist die Temperaturerhöhung bei Einzelschaltung? I W< = = W = t? m c ϑ DEF ϑ G t? W = m c ϑ DEF ϑ G.685,3 K 5 67 L = 9,7 K MNO+ Q e) Wie hoch ist das kleinstmöglich zulässige Zeitintervall zwischen zwei Schaltvorgängen bei häufigem Schalten? Daraus folgt: t? = W< = = W = t? = R S I 5T I G W = R S I 5T I =.685,3 K G 7 7 0, K = 3,1 Antwort: Es müssen mindestens 3,1 Sekunden verstreichen, ehe ein neuer Schaltvorgang durchgeführt wird.

16

17

18