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Transkript

1 ABCDEFE ABCDEFEF F FE F E EEF DA C E FE F FD F E ABCDEFEF F FE F AB CDA EF D A A A D A A A A AD A DE FDAF F FD E FFA F A D D A A A D AF A D A FD FC FE F FABC D E F FE DF FE EDBC F F F FFA A D A A F A A AD A FD A F A D AD D A F A F FD F AAFEF D A D F FDEF A A A A AD AD A A A B Σ E F D F ABC FD FE DF A F EDA F F FBCE E FE DE A FAFCFEF A E A A BCFE A DBC AA F A E A F E BC DFC AFDE A F EDA FDEF DA EDBC A FDBCFE F F E D A AD A FFA B Σ

2 Fakultät Maschinenau E1-GG kün 0603 Bl. 1 v.4 Name: Künne / Mitareiter Aufgae E1-GG (Grundlagen) Teilaufg. E1-GG.a E1-GG. E1-GG.c Σ Max. Pktzahl Erreichte Punktzahl Im oeren Bereich einer Konsole gemäß neenstehender Skizze soll eine Welle in zwei Gleitlageruchsen (Außendurchmesser ca. 30 mm) gelagert werden (in der Skizze angedeutet, unten nicht dargestellt). Die Konsole soll auf einer eenen Platte mit insgesamt vier Schrauen M10 verschraut werden. Die Mittelachse der Welle liegt ca. 15 mm üer der Grundplatte. a) Ein unerfahrener Konstrukteur hat die Konsole als Gussteil konstruiert, s. Zeichnung unten (Maßsta ca. 1:1). Markieren Sie mindestens 10 Fehler und erläutern Sie diese stichwortartig. Buchse zu dünn keine spangeende Beareitung möglich keine Radien in den Üergängen ungleichmäßige Wandstärken: Lunkerildung Rippe nicht räumlich - keine Kopfauflage für Schrauen - zu wenig Platz für Schrauen Radien falsch - zu klein keine Gussradien ungleichmäßige Wandstärken: Lunkerildung - Grundplatte zu dick - keine definierten Aufstandsflächen Profil nicht zw. aufwendige Gussformung

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4 Fakultät Maschinenau E1-GG kün 0603 Bl. 3 v.4 Name: Künne / Mitareiter c) Es ist eine Anordnung gemäß neenstehender Skizze zu konstruieren: In einem Gehäuse ist eine Welle gelagert, die üer ein Wellenende (links) angetrieen wird. Auf der Welle ist ein Zahnrad drehar gelagert. Rechts efindet sich eine Kupplung, die ei Bedarf die Welle mit dem Zahnrad drehmomentenschlüssig verindet. Es wirken hohe Kräfte. Konstruieren Sie die Anordnung auf der nächsten Seite und eachten Sie daei folgendes: Alle Lager sind ölgeschmiert, daher muss links eine entsprechende Dichtung vorgesehen werden; außerdem muss links ein Wellenende mit Passfeder vorhanden sein. Das Gehäuse ist als Gusskonstruktion zu gestalten. Links ist ein großer Deckel vorzusehen; eine Schrauenverindung ist zu zeichnen. Die Welle ist im Gehäuse in Wälzlagern in Fest-Los-Anordnung zu lagern. Das Zahnrad ist auf der Welle in Schrägkugellagern in Trag-Stütz-Anordnung (O-Anordnung) zu lagern. Die Kupplung ist auf der Welle mit einer Passfederverindung gegen Verdrehung zu sichern, sie muss aer axial um 15 mm verschielich sein. Der Schaltmechanismus für die Kupplung ist nicht darzustellen. Alle Amessungen sind zu schätzen, die Darstellung der oeren Hälfte im Schnitt ist ausreichend.

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6 Ergänzende Anmerkungen: - Deckel am Los-Lager komplett spangeend eareitet (anderenfalls wäre eine definierte Schrauenkopfauflage notwendig).

7 Fakultät Maschinenau E1-VE kün Bl. 1 v. 3 Name: Künne / Mitareiter Aufgae E1 VE (Versagenskriterien und Ahilfen) Teilaufg. E1-VE.a E1-VE. E1-VE.c E1-VE.d Σ Max. Pktzahl Erreichte Punktzahl Ein Hochregallager ist gemäß der Skizze aufgeaut. Er soll pro Regaloden eine Masse m 6000 kg (mittig) eingelagert werden. Der Regalodenträger esteht aus zwei parallelen Trägern und soll aus S35JRG (St 37-) mit einer maximal ertragaren Biegespannung von 60 N/mm gefertigt werden. Sie sollen die Träger auslegen. a) Wo wirkt die größte Belastung? Markieren Sie die entsprechende Stelle in der Skizze und erechnen Sie die Größe des Biegemoments pro Träger. ) Wie groß muss das Biegewiderstandsmoment eines Trägers ei dreifacher Sicherheit mindestens sein? Wählen Sie ein geeignetes IPB-Profil aus der Taelle unten aus. c) Ist die Verwendung eines IPB-Profils sinnvoll, oder ist ein anderes Profil esser geeignet? (mit Begründung) d) Der Konstrukteur hat sich entschieden, ein T-Profil gemäß Skizze zu verwenden. Um Gewicht zu sparen verwendet er als Werkstoff Aluminium mit einer maximal ertragaren Biegespannung von eenfalls 60 N/mm. Ist das Profil sinnvoll (mit Begründung)? Welche Konsequenzen ergeen sich im Vergleich zu einem gleichgroßen T-Profil aus Stahl ezüglich der maximal zulässigen einzulagernden Masse pro Regaloden und ezüglich der zu erwartenden Durchiegungen des Regalodens? Warmgewalzte I- Träger IPB- Reihe DIN 105- ( ) Kurzzeichen Maße (in mm) Quersc hnitt W cm 3 Lösungen a) Biegemoment h s t r 1 cm pro Träger IPB ,0 89,9 IPB , ,0 144 ) Biegewiderstands- IPB ,0 16 moment, mindestens IPB ,3 311 IPB , ,3 46 IPB ,1 570 IPB , ,0 736 IPB IPB , IPB , IPB IPB ,5 0, IPB , Nm 173 cm ³

8 Fakultät Maschinenau E1-VE kün Bl. v. 3 Name: Künne / Mitareiter Aufgaenteil a: insgesamt Punkte Lösung: gegeene Daten: m 6000 kg g 10 kg/m² I. Die größte Belastung tritt in der Trägermitte auf. II. Bestimmung des maximalen Biegemoments pro Träger: Beachte! Berechnung soll pro Träger erfolgen! Träger, d.h. Biegemoment teilt sich auf zwei Träger auf! Auflagerreaktionen A und B: A F B F F m g l/ l/ Schnittgröße Biegemoment M : 0 M A x F l M A A x M Q N B M ei Trägern: M F l 1 M m 6000kg 10 s m Nm

9 Fakultät Maschinenau E1-VE kün Bl. 3 v. 3 Name: Künne / Mitareiter Aufgaenteil : insgesamt Punkte Lösung: ekannte Daten: Formeln: S 3 M N M ; W ' ; zul ' zul zul S M W, min ' zul W Nmm 1 N 60 3 mm 3 3, min ,9 mm 173,08 cm Der geeignete Träger aus der Taelle sollte mindestens ein W von 173 cm³ aufweisen, aus Kostengründen aer auch nicht viel mehr als notwendig. Daher fällt die Wahl auf das Profil IBP 140 mit einem W von 16 cm³. Aufgaenteil c: insgesamt 1 Punkte Lösung: Sinnvoll, da hohe Materialanteile in der Zug- & Druckzone vorhanden sind. Aufgaenteil d: insgesamt 3 Punkte Lösung: Profil nicht sinnvoll! Wenig Material in Zugzone. Zwar kann maximal die gleiche Masse eingelagert werden, aer aufgrund des geringeren E-Modul, ist eine viel höhere Durchiegung vorhanden.

10 Fakultät Maschinenau E1-AW kün Bl. 1 v. 5 Name: Künne / Mitareiter Aufgae E AW (Achsen und Wellen) Formel s. Blatt 3 Teilaufgae E1-AW a E1-AW E1-AW c E1-AW d Σ Max. Pktzahl Erreichte Pktzahl a) Eine Welle aus St 37 eines Zahnradgetriees weist ein Gewinde M50x1,5 zur Fixierung eines Zahnrades auf. Im Bereich des Gewindes wirken ein Biegemoment von 150 Nm und ein Torsionsmoment von 400 Nm; Zug-/Druckkräfte und Scherkräfte sind zu vernachlässigen. Der Gewindekerndurchmesser eträgt 48 mm. Die Oerfläche im Gewindeereich entspricht einer geschlichteten Fläche. Wie hoch ist die Sicherheit S? Kennzeichnen Sie die ermittelten Werte in den folgenden Diagrammen. S ST37,5 ) Auf welchen Wert verändert sich die Sicherheit, wenn als Werkstoff St 70 verwendet wird? Gehen Sie vom gleichen Wert für 0 aus und kennzeichnen Sie die ermittelten Werte in den folgenden Diagrammen. S ST70,7 c) Im Rahmen einer Leistungssteigerung der Maschine soll die Welle aus St 37 das 1,75-fache Biegemoment und das 1,75-fache Drehmoment üertragen, und hierzu soll der Durchmesser vergrößert werden. Wie groß muss der Kerndurchmesser sein? Wie groß muss das Gewinde (mit größerem Durchmesser, aer derselen Steigung) hierfür gewählt werden (mit Begründung)? Kerndurchm. 58 mm Gew. M 60 x1,5 d) Im Rahmen einer Leistungssteigerung der Maschine soll die Welle aus St 37 das 1,75-fache Biegemoment und das 1,75-fache Drehmoment üertragen (wie ei Teil c). Der Konstrukteur hat sich entschieden, um die Kerwirkung zu verringern das Gewinde durch einen Wellenasatz mit D 58 mm zu ersetzen und den Durchmesser d 48 mm (entsprechend dem vorherigen Kerndurchmesser) eizuehalten. Wie groß muss der Radius mindestens sein, mit dem der Asatz ausgerundet ist? Radius 1,6 mm

11 Fakultät Maschinenau E1-AW kün Bl. v. 5 Name: Künne / Mitareiter Aufgaenteil a: insgesamt 6 Punkte Lösung: gegeene Daten: M 150 Nm T 400 Nm Ø Kern 48 mm (geschlichtet) Formeln: V zul M W T τ t W t G 0 S β K w Ermittlung der vorhandenen Sicherheit S: S G V 0 β K w Aus Diagrammen zu ermittelnde Daten: G 0,78 0 0,94 K,3 w 00 N/mm² Bestimme V : V 3 ( α 0τ t ) + 00 Bestimme 0 : α 0 0, 68 mit w 00 N/mm² und tsch 170 N/mm² 1, Bestimme : Bestimme t : Nmm 13,8155 N/mm W Bestimme W : t W π mm Nmm τ t 18,407 N/mm W Bestimme W t : 3 W t π 48 mm ,344mm 1714,6884 mm 3 3 V 13,8 + 3(0,68 18,4) N/mm 5,711N/mm Die vorhandene Sicherheit eträgt: G 0 w 0,78 0,94 00 N/mm S,4788,5 P V βk 5,7 N/mm,3

12 Fakultät Maschinenau E1-AW kün Bl. 3 v. 5 Name: Künne / Mitareiter Aufgaenteil : insgesamt 3 Punkte Lösung: gegeene/ekannte Daten: 0 const. 0,68 (lt. Vorgae) G const. 0,78 0 0,86 K 3,3 w 340 N/mm² V const. 5,711 N/mm² S G 0 β V K w,687,7,7 Das edeutet, die Sicherheit steigt um den Faktor 1, 08, also um 8%.,5 Aufgaenteil c: insgesamt 3 Punkte Lösung: gegeene Daten: const. M * 1,75 M leit konstant, da es sich weiterhin um diesele Maschine handelt. M 1, 75 W d 3 M 1,75 3 π 57,8435mm d Kern 58 mm Die Gewindetiefe eträgt mm lt. Aufgaenstellung ei einer Steigung von 1,5, somit M 60 x 1,5! Aufgaenteil d: insgesamt 3 Punkte Lösung: gegeene Daten: D 58 mm d 48 mm W const. W t const. K,3 K * K /1,75

13 Fakultät Maschinenau E1-AW kün Bl. 4 v. 5 Name: Künne / Mitareiter D d 1,083 K * K /1,75 1,314 K * muss jetzt im Diagramm ausfindig gemacht und der Schnittpunkt mit w 00 N/mm² gesucht werden. Die Linie () die dort zu finden ist git an welches r/d vorherrscht. Linie : r/d 0,033 r 0,033 d 1,584 mm

14 Fakultät Maschinenau E1-AW kün Bl. 5 v. 5 Name: Künne / Mitareiter Formelsammlung/Auszug aus dem Skript: W π 3 3 d W π 3 t 16 d w v ( z + ) + 3 ( α0 ( τt + τs )) α0 173, τ G 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 G 0,78 0, d 150 Wellendurchmesser in mm t sch O 0,94 O 0,86 zul G O grenz β S k K 3,3 K,3 K 1,3,5,0 c 1,5 1,0 0,5 1,0 1, 1,4 1,6 1,8,0 D/d Werkstoff R m z sch z w sch w τ t sch τ t w Allgemeine Baustähle: St St St St St

15 Fakultät Maschinenau E1-WN kün Bl. 1 v. 4 Name: Künne / Mitareiter Aufgae E-WN (Welle-Nae-Verindungen) Teilaufgae E-WN a E-WN E-WN c E-WN d E-WN e E-WN f Σ Max. Pktzahl Erreichte Pktzahl In ein er Maschine wird die neenstehende Passfederverindung eingesetzt. Im Rahmen einer konstruktiven Üerareitung soll die Verindung für ein wesentlich höheres Drehmoment ausgelegt werden. Aufgaenteil a: insgesamt Punkte Die Baugröße darf nicht verändert werden. Welche Maßnahme kann getroffen werden, um ei der Passfederverindung das üertragare Drehmoment zu verdoppeln? Lösung gegeene Daten: Baugröße const. Formeln: T p d ( h t ) l z ϕ 1 Das doppelte Drehmoment kann mit 3 Passfedern üertragen werden. z 3, damit ist der Traganteil 0,66 Hinweis: Die Parameter d und l verändern die Baugröße, also müssen Sie konstant gehalten werden. Lediglich die Anzahl z der Passfedern kann ohne Änderung des Bauvolumens erfolgen. Aufgaenteil : insgesamt 4 Punkte Welche formschlüssige Verindung kann gewählt werden, um ein noch höheres Drehmoment (z. B. ca. 3- is 4fach) zu üertragen? Schlagen Sie eine entsprechende Welle-Nae-Verindung vor und geen Sie anhand eines Beispiels an, um welchen Faktor sich das üertragare Drehmoment gegenüer der Passfederverindung gemäß Zeichnung erhöht. Lösung Keilwellenprofil, Zahnwellenprofil z.b. 8 Keile 0,75 Das 6-fache Moment ist üertragar.

16 Fakultät Maschinenau E1-WN kün Bl. v. 4 Name: Künne / Mitareiter Aufgaenteil c: insgesamt Punkte Auf die Welle einer Maschine ist eine Nae aufgepresst, die zu Reparaturzwecken erneuert werden muss. Sie sollen die Situation eurteilen und dem Monteur erläutern, wie er vorgehen soll. Welche Kriterien schauen Sie sich an und welche Demontagemöglichkeiten empfehlen Sie dem Monteur? Lösung a) Wenn Nae & Welle aus gleichem Material: Gewalt ) unterschiedliches Material; z.b. Nae aus Alu Erwärmen, dann gewaltfrei lösar. Aufgaenteil d: insgesamt 1 Punkte Wie sollte der Monteur vorgehen, um die Bauteile nach der Reparatur möglichst schonend wieder zu montieren? Lösung Vor der Montage die Nae erwärmen und evtl. die Welle akühlen. Dadurch vergrößert sich der Montagedurchmesser.

17 Fakultät Maschinenau E1-WN kün Bl. 3 v. 4 Name: Künne / Mitareiter e) insgesamt 5 Punkte Die dargestellte Kegelverindung soll ein Drehmoment von 100 Nm üertragen. Wie groß muss ei einem Reieiwert von 0,1 die Axialkraft mindestens sein, mit der die Mutter die Teile zusammendrücken muss? Lösung gegeene Daten: T 100 Nm l 70 mm D 50 mm C 1/10 0,1 Bestimme F a min : Bestimme d m : F a min α sin T d d m D + d + m α µ cos µ 46,5 mm Bestimme d: d D C l 43mm α D + d Bestimme /: arctan, 864 l F Nmm sin 46,5 mm (,86 ) + 0,1 cos(,86 ) a min 0,1 6443,5596 N f) insgesamt Punkte Die dargestellte Verindung soll zwischen der Antrieswelle und dem Rad (am Flansch efestigt) eines Fahrzeuges eingesetzt werden. Welche Proleme sind zu erwarten? Lösung - Gefahr des Lockerns - Axiallage nicht definiert

18 Fakultät Maschinenau E1-WN kün Bl. 4 v. 4 Name: Künne / Mitareiter Formelsammlung/Auszug aus dem Skript: α α Fa FN sin + F R cos F a min α α T sin cos + µ d µ m D d C tan α D d l l mit FN T µ d Kräfteverhältnisse am Kegel /1/ Kegelverindung /1/ m und F R min T d D Großer Kegeldurchmesser α Kegelwinkel d Kleiner Kegeldurchmesser d m Mittlerer Kegeldurchmesser l tragende Kegellänge F a Axiale Aufpresskraft m