:00 bis 10:30 Uhr (1,5 Stunden) Die Klausur ist bestanden, wenn mindestens 31 Punkte erreicht wurden.

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1 Maschinenelemente CHPRÜUNG MSCHINENELEMENTE I :00 bis 10:30 Uhr (1,5 Stunden) Bearbeiter: Matr.-Nr. : Umfang: (78 Punkte) Σ = 78 Punkte Die Klausur ist bestanden, wenn mindestens 31 Punkte erreicht wurden. Hinweise zur Bearbeitung: lle Blätter sind mit dem Namen und der Matrikel-Nr. zu beschriften. Bei fehlender Beschriftung werden die ufgaben ggf. nicht bewertet. lle ufgaben sind auf den ufgabenblättern zu bearbeiten. Zusätzliche Blätter sind beim ufsichtspersonal erhältlich. Zugelassene Hilfsmittel: Keine (außer Taschenrechner, Schreib- und Zeichenwerkzeug) Bitte schreiben Sie das Ergebnis der Berechnungen in das vorgesehene Lösungskästchen, zusätzlich muss der Lösungsweg nachvollziehbar sein; das Ergebnis alleine ist nicht ausreichend. Bewertung: (Nicht vom Bearbeiter auszufüllen) E GG E VE E W E WN Σ P max P max P max P max P max

2 E-XX? han Bl. v. 1 ufgabe E GG (Gestaltung) Teilaufgabe E-GG 1 E-GG E-GG 3 E-GG 4 Σ Max. Pktzahl Erreichte Pktzahl E-GG 1 Es soll ein kleines Gehäuse für eine Welle gemäß der nebenstehenden Skizze konstruiert werden. Ein unerfahrener Konstrukteur hat das Gehäuse als Schweißteil entsprechend der unten stehenden Darstellung mit mehreren Gestaltungsfehlern ausgeführt (Maßstab ca. 1:1; die Welle selbst ist nur angedeutet.) Kennzeichnen Sie mindestens 6 ehler und erläutern Sie diese stichwortartig.

3 E-XX? han Bl. 3 v. 1 E-GG Gestalten Sie das Gehäuse aus ufgabe E-GG 1 als Gussteil. Stellen Sie das Gehäuse entsprechend E-GG 1 in den beiden Schnittansichten dar. (reihandskizze, Bleistift, Maßstab 1:1). chtung: Damit Ihnen mehr Platz zur Verfügung steht ist die Darstellung gedreht! oben!

4 E-XX? han Bl. 4 v. 1 E-GG 3 Konstruieren Sie freihändig eine ntriebswelle für einen Riementrieb gemäß Skizze (reihandskizze, Bleistift, Maßstab 1:1, eine Schnittdarstellung der oberen Hälfte genügt). Beachten Sie hierbei folgendes: Das Getriebe ist ölgeschmiert (Dichtungen!); Kräfte und Drehzahlen sind klein bis mittel groß. Das Gehäuse ist als Gussteil, die Welle ist als Ritzelwelle und die Riemenscheibe ist als Schweißteil zu gestalten. Die Welle soll in Wälzlagern, est-los-lagerung gelagert werden. Stellen Sie mindestens eine Verschraubung vollständig dar.

5 E-XX? han Bl. 5 v. 1 E-GG 4 Ein Schwingungserzeuger besteht aus einer Ritzelwelle und einem angeschraubten rm mit Schwungmasse, s. Skizze. Es treten sowohl umlaufende als auch ortsfeste Kräfte auf. Das Gehäuse ist beidseitig mit Deckeln verschlossen Skizzieren Sie eine für sehr hohe Belastungen geeignete Wälzlagerung (reihandskizze, Bleistift, Maßstab 1:1, eine Schnittdarstellung der oberen Hälfte genügt). Beachten Sie hierbei folgendes: Vom Getriebe ist nur die Lagerfestlegung und jeweils links und rechts ein Deckel mit Dichtung darzustellen. Die Welle soll in Wälzlagern, est-los-lagerung, gelagert werden. Verschraubungen sind nicht darzustellen. Geben Sie die genaue Bezeichnung der verwendeten Wälzlager an. estlager: Loslager:

6 E-XX? han Bl. 6 v. 1 ufgabe E VE (Versagenskriterien) Teilaufgabe E-VE 1 E-VE E-VE 3 E-VE 4 Σ Max. Pktzahl,5,5 1 8 Erreichte Pktzahl Bei einer Transportanlage gemäß Skizze verfährt ein Transportwagen auf einer Laufbahn aus S35JR (St37), die auf Lagerböcken aus Stahlguss (GS) aufliegt. Der Transportwagen befährt die Laufbahn so selten, so dass von einem ruhenden Lastfall aufgegangen werden kann. Die Eigengewichte können vernachlässigt werden. E-VE 1 In welcher Stellung des Transportwagens (, B oder C) tritt die höchste lächenpressung am linken Lagerbock auf? Die Breite der uflagerfläche beträgt B = 180 mm. Wie groß muss die Länge L mindestens sein, wenn die maximal ertragbare lächenpressung p zul = 70 N/mm² bei einer zusätzlichen Sicherheit von S = 10 nicht überschritten werden soll?, B oder C: L : E-VE In welcher Stellung des Transportwagens (, B oder C) tritt die höchste Biegebelastung in der Laufbahn auf? Kennzeichnen Sie die Stelle der Laufbahn, an der das maximale Biegemoment wirkt. Wie hoch ist dieses maximale Biegemoment?, B oder C: M b :

7 E-XX? han Bl. 7 v. 1 E-VE 3 Bei einer ähnlichen nordnung beträgt das Biegemoment Nm. Der Konstrukteur hat sich entschieden, für die Laufbahn einen IPB-Träger zu verwenden. ür den verwendeten Werkstoff S35JR (St37) ist σ b St37 = 00 N/mm², die Sicherheit soll S = 5 sein. Wie groß muss das Biegewiderstandsmoment eines Trägers mindestens sein? Wählen Sie ein geeignetes IPB-Profil aus der Tabelle unten aus. Warmgewalzte I- Träger IPB- Reihe DIN 105- ( ) uerschnitt Kurzzeichen Maße (in mm) W b cm 3 h b s t r 1 cm IPB ,0 89,9 IPB , ,0 144 IPB ,0 16 IPB ,3 311 IPB , ,3 46 IPB ,1 570 IPB , ,0 736 IPB IPB , IPB , IPB IPB ,5 0, IPB , W b : IPB E-VE 4 ls lternative für die Laufbahn steht ein Vierkant-Vollprofil zur Verfügung. Halten Sie dieses für besser oder schlechter geeignet? Geben Sie eine kurze Begründung an.

8 E-XX? han Bl. 8 v. 1 ufgabe E W (chsen und Wellen) Teilaufgabe E-W 1 E-W E-W 3 E-W 4 Σ Max. Pktzahl Erreichte Pktzahl E-W 1 Ermitteln Sie aus dem folgenden Diagramm die Biegedauerfestigkeit für den Werkstoff 0CrMo4 bei ruhender, schwellender und wechselnder Belastung. Kennzeichnen Sie im Diagramm die entsprechenden Punkte, an denen die Werte abgelesen werden, und geben Sie die abgelesenen Werte an. ruhend: N/mm² schwellend: N/mm² wechselnd: N/mm²

9 E-XX? han Bl. 9 v. 1 E-W Bestimmen Sie für die dargestellte Welle an der gekennzeichneten Stelle (siehe Pfeil) den Durchmesser d Ber, den man in die Berechnungsformeln für den Spannungsnachweis einsetzen muss. E-W 3 Eine ähnliche Welle hat an der kritischen Stelle ein Gewinde mit einem Kerndurchmesser von 3 mm. Die Oberfläche ist geschlichtet, R z = 5 µm. Die Welle ist aus E335 (St60) gefertigt. Es wirkt ein Biegemoment von 50 Nm und ein Torsionsmoment von 150 Nm (Zug-/Drucksowie Scherkräfte werden vernachlässigt). Es ist ein estigkeitsnachweis zu führen. Wie groß ist die Vergleichsspannung? Wie groß ist die zulässige Spannung bei einer Sicherheit S =? Hält die Welle der Belastung stand? Kennzeichnen Sie in den jeweiligen Diagrammen (s. nächste Seite) die ermittelten bzw. verwendeten Werte. d Ber : Vorh. Spannung: Zul. Spannung: E-W 4 uf einer glatten, feststehenden chse gemäß nebenstehender Skizze ist eine Umlenkrolle gelagert. uf die chse wirkt mittig ein Biegemoment von M b =,4 knm (Scherkräfte werden vernachlässigt). Die chse hat eine zulässige Biegespannung von σ b zul = 80 N/mm² (Sicherheiten usw. sind hierin bereits berücksichtigt). Wie groß muss der chsendurchmesser mindestens sein? d min :

10 E-XX? han Bl. 10 v. 1 Kerbenform Kerbfaktor β k Welle glatt, poliert 1 Passfedernut, mit ingerfräser gefertigt Passfedernut, mit Scheibenfräser gefertigt Rundkerbe, r/d = 0,1 Presssitz, Nabe steif Presssitz, Nabe nachgiebig ("entlastet") 1,6 Sicherungsringnut 3 Werkstoff σ z sch σ z w σ b sch σ b w τ t sch τ t w llgemeine Baustähle: St St St St St τ = t W b T W t π = d 3 3 M b σ b = Wb π W d t = 16 ( σ + σ ) + ( α ( τ )) σ + v = z b 3 0 t τs σ b grenz σ bw α0 = = 1,73 τ 1,73 τ σ zul b = G b O tgrenz σ β S k b grenz b = G tsch 3 bo σ β S k b w Oberflächenbeiwert b O

11 E-XX? han Bl. 11 v. 1 ufgabe E WN (Welle-Nabe-Verbindungen) Teilaufgabe E-WN 1 E-WN E-WN 3 E-WN 4 Σ Max. Pktzahl Erreichte Pktzahl E-WN 1 Bei einer Längspressverbindung gemäß Skizze soll (als ernziel) der Reibbeiwert beim Einpressen bestimmt werden (uszug aus Skript s. übernächste Seite). Beide Bauteile sind aus Stahl (E = N/mm²) gefertigt. Beide ügeflächen haben eine Oberflächenrauheit von R z = R zi = 10 µm. Die Teile wurden vor dem ügen exakt vermessen, s. Zeichnung. Beachten Sie, dass diese exakten Maße vorliegen und keine Toleranzen vorhanden sind. Ermitteln Sie zunächst das vorhandene Übermaß, berechnen Sie das (gesamte) Haftmaß und das (gesamte) relative Haftmaß. Übermaß: Haftmaß: Relatives Haftmaß: E-WN Bei einer ähnlichen Verbindung besteht ein (gesamtes) relatives Haftmaß von 0,0008. lle anderen Randbedingungen sind gleich. Wie groß ist die vorhandene lächenpressung? lächenpressung: E-WN 3 Bei einer ähnlichen Verbindung beträgt die lächenpressung 35 N/mm². lle anderen Randbedingungen sind gleich (s. Skizze oben). Beim ügen der Längspressverbindung wurde eine maximale Einpresskraft von 5 kn gemessen. Wie groß ist dabei der Reibbeiwert µ? Reibbeiwert:

12 E-XX? han Bl. 1 v. 1 E-WN 4 Bei einer ähnlichen Verbindung beträgt die lächenpressung 35 N/mm². lle anderen Randbedingungen sind gleich (s. Skizze oben). ür den Reibbeiwert gilt µ = 0,1. Welches Drehmoment kann die Verbindung übertragen? Drehmoment: uszug aus dem Skript: Mindestflächenpressung p min : Durchmesserverhältnisse I und : Relatives Haftmaßes ξ: Relative ufweitung des ußenteils: p ξ min I ges T 1 = D µ π D DiI = und = D = b D D a Zges Z = ξ I I = ξ D D T µ π D Z = D b ξ p + = min 1 + min m E 1 ξ pmax 1+ = max E 1 + m Rel. Zusammendrückung d. Innenteils: ξ I min pmin 1+ = E 1 I I pmax 1 mi ξ I max = I EI 1 + I I mi Relatives Gesamt-Haftmaß ξ ges : ξ = ξ + ξ ξ = ξ + ξ gesmin I min min ges max I max max Vereinfachung für gleiche Werkstoffe für Vollwelle und Nabe (E = E I = E; m = m I = m): pmin ξ ges min = E 1 ξ pmax ges max = E 1 Haftmaß Z ges : Z ges min = ξ ges min D Zges max = ξ ges max D Übermaße U min und U max : U = Z + U = ξ D +,8 ( R + R ) min ges min ges min 0 z zi U max = Zges max + U = ξges max D + 0,8 ( Rz + RzI ) Einpresskraft: = µ = µ p π D b L max N max