Konstruktionstechnik

Aufgabenbeispiele aus dem Bereich Feinwerktechnik, Konstruktionstechnik (Nur Definitionen und Erläuterungen werden hier abgefragt. Zeichen- und Rechenaufgaben müssen seperat gelernt werden) Kein Anspruch auf Vollständigkeit und Richtigkeit.

5.0 (2)

Sören Sharif

Lernen

Sören Sharif

Über diese Lernkartei

Diese Lernkarten behandeln die Grundlagen der Konstruktionstechnik auf Universitätsniveau, mit Fokus auf Lagerung, Welle, Belastung und Kraftaufnahme. Sie erläutern die Unterschiede zwischen Festlager und Loslager, sowie die Vor- und Nachteile von Gleit- und Wälzlagern. Die Karteikarten sind ideal für Studierende der Statik, die sich mit der Konstruktion und Auswahl von Lagern sowie der Berechnung von Belastungen und Kräften auseinandersetzen.

Karten

Lernende

Sprache

Deutsch

Kategorie

Statik

Stufe

Universität

Erstellt / Aktualisiert

25.01.2014 / 01.02.2021

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Nennen sie Einsatzmöglichkeiten, sowie Vor- und Nachteile von Vorgespannter und Spielbehafteter Lagerung.

Vorgespannte Lagerung: (für Präzisionsgeräte wie Werkzeugmaschinen und Messgeräte)
+ Aufnahme von Axialkräften
+ Spielfreiheit durch Vorspannung
- Aufwändig und teuer
- Gefahr der Lagerüberlastung

Spielbehaftete Lagerung: (Nicht für Präzisionsgeräte)
+ einfache Montage
+ preiswerte Lagerung
- axial nicht eindeutig fixiert

Die Lagerpassung einer Zentrifuge, deren Welle mit einer Drehzahl von n=10000min^-1 angetrieben wird, sollen festgelegt werden. An welchen Lagerringen sind lose Passungen zulässig?

Festlager - Innenring

Festlager - Außenring

Loslager - Innenring

Loslager - Außenring

Festlager - Innenring

Festlager - Außenring

Loslager - Innenring

Loslager - Außenring

Nennen und Erläutern Sie die drei wesentlichen Wirkprinzipien von Bauteilverbindungen, sowie die Auswahl- und Dimensionierungskriterien.

- Formschlüssige Verbindung:
Übertragen der Belastungen an Wirkflächenpaaren, durch Aufnehmen einer Flächenpressung (p=Kraft/Wirkfläche). Zum Beispiel für Passfeder-, Schnapp- und Nietverbindung

-Reibschlüssige Verbindung:
Übertragen der Belastungen an Wirkflächenpaaren, durch Nutzun des Coulombschen Reibungsgesetzes (F kleiner und gleich F_{r =}Mü x F_Nx z). Zum Beispiel für Schraubenverbindungen und Passverbände

-Stoffschlüssige Verbindung:
Übertragen der Belastung durch stoffliches Vereinigen des Bauteilwerkstoffs mit oder ohne Zusatzwerkstoffen. (Bestimmung des Beanspruchungszustands nach den Gesetzen der Festigkeitslehre)

Welche Wälzlagertypen können hinsichtlich der Form der Wälzkörper unterschieden werden?

Kugel-, Rollen- und Nadellager

Erläutern sie die Begriffe Radiallager, Wälzlager, Festlager, Stützlager, Loslager, etc...

Radiallager: Kraftaufnahme rechtwinklig zur Wellenachse
Wälzlager: Kraftaufnahme von gemischten Kräften
Festlager: Kraftaufnahme von axialen Kräften
Stützlager: Kraftaufnahme einseitig von axialen Kräften
Loslager: keine Kraftaufnahme in axialer Richtung

Welche Beanspruchungen treten im Riemen eines Riementriebes auf? An welcher Stelle tritt die höchste Beanspruchung auf?

- Zugbeanspruchung aus Vorspannkraft und Nutzlast
- Biegespannung aus Riemenkrümmung

Die größte Spannung tritt auf der Einlaufseite der kleineren Riemenscheibe auf.

S_min=

A_UB- A_OW

Wie ist allgemein die Übersetzung eines Getriebes definiert?

(Antriebsdrehzahl) / (Abtriebsdrehzahl)

P_min=

A_UW- A_OB

Was sind die wesentlichen Merkmale eines Fest-Los-Lagers? Welche Lagertypen werden eingesetzt?

- axial in beide Richtungen fixierte Welle
- Lastrichtungswechsel der Axialkraft führt zur axialen Verlagerung der Welle um das Axialspiel der Festlager
- Loslager erlaubt Toleranzen und Längenänderungen

Festlager: Kugellager
Loslager: Rollenlager

Warum werden in der Feinwerktechnik häufig Planetengetriebe eingesetzt?

- kompakte Bauweise
- hohes Übertragungsvermögen
- Koaxiale Lage von An- und Abtrieb
- große Übersetzungen in einer Stufe möglich

Was sind die Konsequenzen von Schlupf?

- höherer Verschleiß
- Anpassung der Dehnung mit den Scheiben

Was ist der Vorteil der vorgespannten Schraubenverbindung?

Die Schraube wird entlastet, da die zusätzlich wirkende Betriebskraft zum Teil von den Platten aufgenommen wird.

Welche Größen beschreiben eine Stirnverzahnung?

Modul und Achsabstand

Was sind Vorteile konischer Spannverbindungen?

- Standardbauteil (in zahlreichen Varianten)
- Außschließlich Drehbearbeitung erforderlich
- Stufenlos in Axial- und Winkellage einstellbar
- Schutz vor Überlast
- Lösbare Verbindung
- sehr gute Zentrierungseigenschaften

Welche Werkstoffkombinationen werden für Reibradgetriebe eingesetzt? Mit welchen Vor- und Nachteilen? Was sind Auswahlkriterien?

Weicher + harter Werkstoff (z.B. Alu + Kunststoff): [für Feinmechanik]
- hoher Verschleiß

Zwei harte Werkstoffe: [Für Maschinenbau]
+ hohe Lebensdauer
+ mehr Kraftaufnahme
- Laut

Auswahlkriterien sind ein hohes E-modul, ein hoher Reibungskoeffizient und hohe Wälzfestigkeit

Was sind die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale formschlüssiger und reibschlüssiger Verbindungen?

Formschlüssig:
- keine Justagemöglichkeit
- keine Aufnahme von Überlastungen
- nicht für dynamisch wechselnde Belastung geeignet
- Relativbewegungen außerhalb der Hauptbelastungsrichtung möglich

Reibschlüssig:
- Justagemöglichkeit
- Aufnahme von Überlastungen durch rutschen
- Aufnahme dynamish wechselnder Belastung möglich

Nennen sie mindestens 4 Größen zur Beschreibung einer Stirnverzahnung.

- Einlaufverhalten (Ganzzahlige Übersetzungen vermeiden und Primzahlen für Zähnezahlen anstreben)
- Übersetzungen in einer Stufe i<6...8, darüber weitere Stufung
- kurze Wellen anstreben
- Ritzel: (Breite) / (Teilkreisdurchmesser) Ungefähr Gleich 1
- i.d.R. ist das Großrad aus einem weicheren Werkstoff gefertigt
- Großrad i.d.r. etwas schmaler als das Ritzel

S_max=

A_OB- A_UW

Wie ist das Kraftverhältnis bei einer vorgespannten Schraubenverbindung definiert?

(Nachgiebigkeit der verspannten Platten) / (Nachgiebigkeit der verspannten Platten + Nachgiebigkeit der Schraube)

Was sind die Auswahlkriterien für die Festlegung der Passungen von Lagern in Gehäusen bzw. Wellen?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Die Bewegungsverhältnisse vom Innen- und Außenring, sowie die Lastverhältnisse

Welche Reibungsarten treten an den Zahnflanken einer Evolventenverzahnung während des Eingriffs auf?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

- Nur Rollreibung (als Wälzreibung nur im Wälzpunkt)
- Gleitreibung (an allen anderen Punkten)

Nennen sie Vor- und Nachteile von Wälzlagern.

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

+ Kostengünstiges, standardisiertes Maschinenelement
+ geringe Anlaufreibung
+ Ermöglichung genauer, spielfreier Lagerungen
+ Aufnahme kombinierter Belastungen
+ einfache Schmierung
+ geringer axialer Bauraum
- keine Dauerfestigkeit
- Laufgeräusche
- Schmutz- und Stoßempfindlichkeit
- größerer radialer Baurum als Gleitlager

Was versteht man bei Kettengetrieben unter dem Polygoneffekt?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

In folge der viereckförmigen Auflage einer Kette auf dem Kettenrad schwankt der wirksame Durchmesser am Rad und damit ändert sich auch, bei konst. Winkelgeschwindigkeit, die Kettengeschwindigkeit. Diese Ungleichförmigkeit führt zu unruhigen Lauf.

Der Polygoneffekt führ zu ungleichmäßiger Übersetzung.

Was sind Vor- und Nachteile von Schrägverzahnten Stirnzahnrädern? Wo liegen die Haupteinsatzgebiete?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

+ Verringerung der Grenzzähnezahl
+ gleichmäßigeres Trageverhalten (->verringerung der Laufgeräusche)
+ mit den Werkzeugen der Geradverzahnung herstellbar
- Axialkomponente der Zahnnormalkraft (Lagerbelastung)
- Wirkungsgrad etwas geringer als Geradverzahnung

Vorzugsweise für hochbelastete und schnell drehende Getriebe (Pkw, Turbine)

Welche Schlupfarten kennen Sie? Erläutern Sie die Unterschiede.

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

- Dehnschlupf (Aufgrund elastischer Verformungen der Reibräder)
- Gleitschlupf (Aufgrund derr Übersetzung der durch Normalkraft und Reibbeiwert übertragbaren Umfangskraft)
- Zwangsschlupf (Aufgrund kinematischer Zwangsabweichung)

Erläutern Sie den Unterschied zwischen hydrostatischer und hydrodynamischer Schmierung bei Gleitlagern. Welche Auswirkungen hat dieser Unterschied auf Betrieb und Lebensdauer der Lager?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Bei beiden Lagerprinzipien werden die Reibflächen durch ein Schmiermittel getrennt. Der Verschleiß geht so gegen 0. Allerdings muss bei der hydrostatischen Schmierung der Druck "extern" aufgebaut werden, etwa durch ein Drucköl.
Bei der hydrodynamischen Lagerung findet der Druckaufbau erst oberhalb einer Mindestdrehzahl statt, darunter allerdings gibt es wieder Verschleiß.

Welche Reibungsarten kennen Sie?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

- Festkörperreibung (Reibung bei unmittelbarem Kontakt der Reibflächen)
- Mischreibung (Festkörperreibung und Flüssigkeitsreibung liegen vor)
- Flüssigkeitsreibung (Reibflächen vollständig getrennt, kein Verschleiß)

Was versteht man unter der Grenzzähnezahl bei Evolventenzahnrädern? Wie groß ist sie bei unkorrigierten Rädern? Durch welche Maßnahmen kann sie verringert werden?

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

Kleinstmögliche Zähnezahl ohne Unterschritt
Theoretisch beträgt sie 17. Praktisch ist 14 möglich.

Reduzierung ist durch Profilverschiebung und Schrägverzahnung möglich.

P_max=

Tastatur-Befehle:

= drehen,

= vor-/rückwärts,

= scrollen

A_UB+ A_OW

Nennen Sie mindestens 2 Gründe für die Anwendung der Profilverschiebung.

- Verringerung der Grenzzähnezahl
- Verbesserung der Zahnfußtragfähigkeit
- Verbesserung des Achsabstandes

Was sind die Auswahlkriterien für die Bestimmung des Los- und Festlagerortes bei einer Fest-Los-Lagerung?

- Festlager benötigt mehr Montageaufwand -> mehr Platz
- Festlager dort, wo keine bzw. geringe Kräfte durch thermische Ausdehnung wirken
- gleichmäßge Lagerbelastung anstreben
- axialbefestigung des Innenrings führt i.d.R. zu einer Kerbwirkung

Nennen Sie 3 Getriebebauformen.

- Zugmittelgetriebe
- Stirnradgetriebe
- Koppelgetriebe

Welche Arten von Schraubensicherungen kennen Sie?

- Konstruktive Maßnahmen (hohe Vorspannkräfte, "elastische" Schrauben)
- Sicherungsmittel (unter den Schraubenkopf zu legende Ringe/Scheiben, Mikroverkapselter Klebstoff)

Warum haben sich bei Zahnradgetrieben Evolventenverzahnungen weitestgehend durchgesetzt?

- einfache, genaue Fertigung
- Unterschiedliche Zahnformen und Zahlen mit einem Werkzeug herstellbar
- Richtung und Größe der Zahnnormalkraft ist konstant
- Gleichförmige Bewegungsübertragung (Verzahnungsgesetz)
- Schrägverzahnung mit Werkzeugen der Geradverzahnung herstellbar

Was wird unter äquivalenter Lagerbelastung verstanden?

Die Lagerung muss auf radialer, sowie auf axialer Ebene gleich sein -> P=x * F_R+ y * F_A

Nach welchen Kriterien werden Gleitlager mit Festkörperreibung ausgelegt?

- Preiswertes Lager
- einfacher Aufbau
- hoher Verschleiß

Welche Beanspruchungen sind bei der Auslegung von Nietverbindungen maßgeblich?

- Scherspannung vom Niet
- Flächenpressung / Lochleibung
- Zugspannung im Bauteil
- Scherspannung im Bauteil

Was ist das Ziel der Schraubensicherung?

- Erhalten der Vorspannkraft => Losdrehsicherung
- Verhinderung des Schraubenverlusts => Verliersicherung

Erläutern sie die Festigkeitsklasse 5.6.

Sie liegt im Mittelfeld der üblichen Festigkeitsklassen.

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Nennen sie mindestens 4 Größen zur Beschreibung einer Stirnverzahnung.

S_max=

A_OB- A_UW

Wie ist das Kraftverhältnis bei einer vorgespannten Schraubenverbindung definiert?

(Nachgiebigkeit der verspannten Platten) / (Nachgiebigkeit der verspannten Platten + Nachgiebigkeit der Schraube)

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