Institut für Maschinenelemente und Konstruktionstechnik Klausur KT1 (alt KT2) WS 2010/11 Dr.-Ing. S. Umbach

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Institut für Maschinenelemente und Konstruktionstechnik Klausur KT1 (alt KT2) WS 2010/11 Dr.-Ing. S. Umbach"

Sofia Fertig
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Name, Vorname: Matrikel- Nr.: Unterschrift: Klausurbedingungen: Zugelassene Hilfsmittel sind dokumentenechtes Schreibzeug und Taschenrechner. Die Bearbeitungszeit beträgt 120 Minuten. Ein Täuschungsversuch führt zum Abbruch der Klausur mit "nicht bestanden". Mit Ihrer Unterschrift bestätigen Sie dass Sie psychisch und physisch in der Lage sind an der Klausur teilzunehmen. Gesamtpunktzahl: 130 Punkte Aufgabe 1 : Schraube (32 Punkte) Für die Verschraubung des Deckels eines unter pulsierenden Innendruck stehenden Zylinders werden 15 Zylinderschrauben vorgesehen. Die exzentrische Belastung durch Biegung ist vernachlässigbar! Schaftlänge l 1 =7,5mm Steigung P=2,5mm Kerndurchmesser d 3 =16,93mm Kopfdurchmesser d k =30mm Kernquerschnitt A d3 =225,2mm² Nennquerschnitt A N =314,16mm² Spannungsquerschnitt A s =245mm² E S =E P =2,05x10 5 N/mm² a) Es wurden Zylinderschrauben mit Innensechskant DIN EN ISO 4761-M20x gewählt. Die Abmessungen sind der oben stehenden Tabelle zu entnehmen. Ermitteln Sie alle Nachgiebigkeiten der gewählten Schraube.(5 P) Seite 1/10

2 b) Unter der Betriebskraft FA verlängert sich die Schraube um f. Die entsprechende Schraubenzusatzkraft FSA bzw. die Plattenzusatzkraft FPA beträgt F bzw. 5F. Ermitteln Sie das Kraftverhältnis Φ und die Nachgiebigkeit p der verspannten Teile wenn der Krafteinleitungsfaktor n=0,4 beträgt. (3 P) c) Während des Betriebes bleibt der Außendruck p0= 1 bar konstant. Der Innendruck variiert von 6,8 N/mm 2 bis 22,8 N/mm 2. Die Druckdifferenz bewirkt eine periodische axiale Betriebskraft FA auf die Schrauben. Berechnen Sie die max. und min. Betriebskraft pro Schraube, die max. und min. Schrauben- bzw. Plattenzusatzkraft pro Schraube. (6 P) d) Beschriften Sie das Verspannungsschaubild und zeichnen Sie qualitativ den zeitlichen Verlauf der Schrauben- bzw. Plattenzusatzkraft ein. (6 P) e) Tragen Sie qualitativ die Mindestvorspannkraft FMmin, Restklemmkraft FKR und den Vorspannkraftverlust FZ in die Skizze ein. Kennzeichnen Sie den jeweiligen Kraftbetrag durch Maßpfeile. (3 P) f) Ermitteln Sie die minimale Montagekraft FMmin, wenn aus Sicherheitsgründen die Restklemmkraft FKR mindestens 70 kn betragen soll und ein Vorspannkraftverlust infolge Setzens von 8 µm berücksichtigt werden muss. (3 P) g) Berechnen Sie die maximale Montagekraft FMmax, wenn ein Anziehfaktor ααa= 1,6 zugrunde gelegt wird. (1 P) h) Die maximal zulässige Montagevorspannkraft FMzul der Schraube beträgt 134 kn. Beurteilen Sie die Schraubenverbindung. Nennen Sie mindestens zwei geeignete Maßnahmen, die zur Einhaltung der zulässigen Schraubenkraft führen, wenn diese nicht eingehalten wird. (5 P) Seite 2/10

Formeln: Kraftverhältnis: φ c S + c + c = P = Montagekraft: F = F + F P S S P M V Z Vorspannkraft: F = F + F V KR PA F = F + F Maximale Schraubenkraft: S M SA Vorspannkraftverlust infolge Setzen:

3 Formeln: Kraftverhältnis: φ c S + c + c = P = Montagekraft: F = F + F P S S P M V Z Vorspannkraft: F = F + F V KR PA F = F + F Maximale Schraubenkraft: S M SA Vorspannkraftverlust infolge Setzen: Betriebskraftverhältnis: F Betriebsnachgiebigkeiten: = n Z f Z φ = = f Z + S P P φ = Pn φ = = F n n + F Pn SA Pn Sn A P = + (1 n ) Sn S P Nachgiebigkeit der Schraube: sk = 0,4d E s A N 1 = n i Σi=1 S = i =Σi=1 l 1 E s A 1 E s l Gew Gew = E s A 3 1 0,5d GM = + 0,33d A 3 A N Aufgabe 2 : Federn (24 Punkte) Ein Federnsystem, bestehend aus Parallel- und Reihenschaltungen zweier Federn, soll untersucht werden. a) Berechnen sie die Federsteifigkeiten des linken und rechten Federsystems sowie des Gesamtsystems. (6 P) b) Wie muss der Abstand LA gewählt werden, damit die Kugel nicht zu rollen beginnt? (8 P) c) Wie schwer darf die Kugel maximal sein, wenn sich die obere Platte nicht mehr als 2 mm absenken darf. (2 P) Seite 3/10

4 d) Welche Feder ist die am höchsten belastete im System? Begründen sie ihre Entscheidung.(2 P) e) Wie hoch ist die Torsionsspannung in dieser Feder, wenn eine Kugel mit dem unter c)ermittelten Gewicht das System belastet? (6 P) Gegeben: c1 = 3.75 N/mm, d=3mm, Dm=30 mm, 10 Windungen c2 = N/mm, d=3mm, Dm=20 mm, 20 Windungen Lg=100 mm Aufgabe 3 Fragenteil (74 Punkte) Frage 1: Zeichnen sie die 4 genannten Belastungen an die Achsen in der Skizze ein. (4P) Normalkraft (F N ) Querkraft (F Q ) Biegemoment (M B ) Torsionsmoment (M T ) Frage 2: Nennen Sie die 3 in der Praxis bewährten und bekanntesten Festigkeitshypothesen. (3P) Seite 4/10

5 Frage 3: Beschriften Sie das folgende Spannungs-Dehnungs-Diagramm vollständig. (6P) Frage 4: Wie lautet die Definition der Querkontraktionszahl. (2P) Frage 5: Geben Sie jeweils eine kraftschlüssige, formschlüssige und eine stoffschlüssige Verbindung an. (3P) kraftschlüssig: formschlüssig: stoffschlüssig: Frage 6: Ordnen Sie die folgenden Lagerungsarten nach Ihrem Reibwert. Beginnen Sie beim größten Reibwert und nummerieren Sie von 1 bis 5 durch. (5P) a) Hydrostatisches Lager b) Rillenkugellager c) Magnetlager d) Gleitlager e) Tonnenlager Seite 5/10

6 Frage 7: Zeichnen Sie folgende Beanspruchungen in den Zugstab ein: (6P) a) Kraftlinien b) Spannungsverlauf c) Spannungsverlauf (Moment) Frage 8: Benennen Sie die hier dargestellten Wälzlagertypen. (5P) a) b) c) d) e) Seite 6/10

7 Frage 9: Wie lauteten die Definitionen der folgenden Kenngrößen bei Federn? (2P) Steifigkeit: Nachgiebigkeit: Frage 10: Von welchen Parametern hängt die Federsteifigkeit bei Schraubenfedern ab? (3P) Frage 11: Wann tritt bei Schrauben Selbsthemmung auf? (2P) Frage 12: Wodurch wird die maximale Schraubenkraft definiert? (2P) Frage 13: Nennen Sie vier verschiedene Federarten und geben Sie die jeweilige Federcharakteristik dazu an (8P) Seite 7/10

8 Frage 14: Durch welche Ursachen kann sich die Vorspannung einer Schraube ändern? (3P) Frage 15: Skizzieren Sie eine zweifach gelagerte Welle mit einer Fest- Loslagerung. Hinweis: Halbschnitt ist ausreichend (6P) Frage 16: Welche Lager können für die bei Frage 15 angegebene Lagerungsart verwendet werden. Nennen Sie drei Wälzlagertypen (3P) Seite 8/10

9 Frage 17: Nennen Sie jeweils zwei Vor- und zwei Nachteile von Löt, Schweiß und Klebeverbindungen (6P) Vorteile Lötverbindungen Nachteile Schweißverbindungen Klebverbindungen Frage 18: Benennen Sie drei unterschiedlichen Federcharakteristiken und skizzieren Sie diese in einem Diagramm. Beschriften Sie auch die Achsen: (5P) Ergebnisse: Aufgabe 1a) sk=0,124x10-6 mm/n 1 =0,116x10-6 mm/n Gew =0,597x10-6 mm/n GM =0,319x10-6 mm/n s=1,156x10-6 mm/n 1b) φ=0,42 φ n =1/6 p=0,82x10-6 mm/n 1c) F Amax =20397 N F Amin =6020N F SAmax =3400N F SAmin =1003N F PAmax =16997N F PAmin =5017N 1d+e) 1f) F Z =4065N F Mmin =91062N 1g) F Mmax =145699N 1h) F Mmax >F Mzul -mehr Schrauben, höhere Festigkeit wählen Aufgabe 2a) C links =2,25N7mm C R =9,375N/mm C ges =11,625N/mm 2b) L A =80,7mm Seite 9/10

10 2c) m=2,37kg 2d) die beiden rechten Federn machen den gleichen maximalen Weg => rechnerisch nachprüfen welche höher belastet ist 2e) τ k1,r =24,09N/mm² τ k2,r =25,68N/mm² τ k1,l =14,41N/mm² τ k2,l =10,25N/mm² Seite 10/10

Ähnliche Dokumente

Achsen, Wellen und Zapfen

Achsen, Wellen und Zapfen BBS Winsen (Luhe) Entwicklung und Konstruktion A. Berg Beispielaufgabe Für die Antriebswelle aus S25JR des Becherwerkes sind die Durchmesser zu berechnen und festzulegen. Die