MaEl 2
Fragenkatalog Maschinenelemente 2
Fragenkatalog Maschinenelemente 2
( 148) Wie ist die spezifische Lagerbelastung eines hydrodynamischen Gleitlagers definiert (Formel mit Namen)?
\(\bar{p}={F \over b*d}\)
F=Bellastungskraft, b=Lagerbreite, d=Lagernenndurchmesser
(142) Skizzieren Sie den Verlauf des Reibwerts µ über der Drehzahl n in einem Radialgleitlager und geben Sie die Reibungsbereiche an.
(143) Erläutern Sie den Begriff "Ausklinkpunkt" eines hydrodynamischen Gleitlagers unter der Stribeck-Kurve.
Übergang von Mischreibung zur Flüssigkeitsreibung
(144) Welche 2 physikalischen Größen (Namen) beschreiben die Zähigkeit von Flüssigkeiten?
dynamische Viskosität η: Einheit Pa*s = N*s/m² bzw. cP (Centipoise = 1 mPa*s)
kinematische Viskosität ν: dyn. Viskosität dividiert durch Dichte des Öls, Einheit mm²/s bzw. cSt (Centistoke = 1 mm²/s)
(145) Ein hochviskoser Schmierstoff in Gleitlagern ...
(146) Welche Größe außer der Viskosität beeinflusst die Schubspannung in einem Mineralöl eines hydrodynamischen Lagers?
Summengeschwindigkeit und der Abstand der beiden Lagerflächen
(147) Welche Auswirkung hat die Erwärmung eines Industrie-Schmieröls in einem hydrodynamischen Gleitlager?
Viskosität des Schmierstoffes nimmt ab --> Tragfähigkeit sinkt
(148) Wie ist die spezifische Lagerbelastung eines hydrodynamischen Gleitlagers definiert (Formel mit Namen)?
\(\bar{p}={F \over b*d}\)
F=Lagerbelastungskraft, d=Lagerbreite, d=Lagernenndurchmesser
(149) Wie ist für eine hohe Tragfähigkeit der Spalt des hydrodynamischen Gleitlagers in Drehrichtung zu gestalten?
(150) Skizzieren Sie schematisch die Lage von Wellen und Lager bei steigenden Drehzahlen (3 Skizzen: n=0, n>0, n->∞) für eine zur Drehrichtung senkrechte Last und zeichnen Sie darin jeweils den kleinsten Schmiermittelspalt h0 ein.
(151) Welche 2 Größen des Gleitlagers beschreiben die Lage des Wellenmittelpunktes im Betriebspunkt?
Exzentrizität ε und die raltive Lagerbreite b/d
(152) Warum werden hauptsächlich Kurzgleitlager bei hydrodynamischer Lagerung eingesetzt? In welchem Bereich der relativen Lagerbreite wird optimale Tragfähigkeit erreicht?
Kurzgleitlager sind in diesem Bereich (b/d <1) tragfähiger als Langgleitlager. Eine optimale Tragfähigkeit wird im Bereich b/d = 0,3 ... 0,7 erreicht.
(153) Was versteht man unter dem relativen Lagerspiel ψ und welche Einheit hat es?
\(\psi={s \over d_L}\approx{s \over d_W} \approx {s \over d}\)
in ‰
(154) Das Lagerspiel in einem Gleitlager wird bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von der Welle oder Lagerwerkstoff bei Erwärmung
(155) Was ist bei der hydrodynamischen Gleitlagerung einer schnelllaufenden Welle zu bevorzugen?
(156) Welche Kurve beschreibt ungefähr die Bahn des Wellenmittelpunkts in einem Gleitlager bei senkrechter Last und Änderung der Drehzahl von n=0 bis n->∞? (SKizze)
Gümbelscher Halbkreis
(157) Welche 2 zu überlagende Strömung werden zur Berechnung von Gleitlagern herangezogen?
- Druckströmung
- Schleppströmung
(158) Auf dem Gümbelschen Halbkreis befinden sich alle Betriebspunkte des hydrdynamischen Gleitlagers. Welche Aussage(n) ist/ sind korrekt?
(159) Nennen Sie die 4 Betriebsgrößen (Namen) zur Berechnung der Sommerfeldzahl eines hydrodynamischen Gleitlagers
\(So_ü={\bar p*\psi^2 \over \eta *\omega_0}\)
p=mittlere Flächenpressung
η=dynamische Viskosität
ω0=Übergangswinkelgeschwindigkeit
ψ=relatives Lagerspiel
(160) Welche Bedeutung hat die Übergangssommerfeldzahl und die relative Übergangsexzentrizität für den Betrieb des Lagers?
Die Übergangssommerfeldzahl beschreibt die Stelle des Ausklinkpunktes und damit die Übergangsbedingungen für Last, Viskosität und Drehzahl
(1) Welcher grundlegende Unterschied besteht zwischen Achsen und Wellen? Darf sich eine Achse drehen (Begründung)?
Achsen übertragen kein Drehmoment --> unterschiedliche Hauptbeanspruchung!
(2) Welche zwei Hauptbeanspruchungen treten bei Wellen im Maschinenbau auf?
Torsion (Schubspannung) und Biegung (Normalspannung), sowie Zug- und Druckkräfte bei schräg verzahnten Zahnrädern
(3) Zwei Lager einer Welle mit symmetrisch liegendem Stirnrad sind anzuordnen! Welche Vorteile (für Welle und Lager) bietet ein kurzer Lagerabstand gegenüber einem großen?
Geringere Biegemomente sowie Lagerkräfte --> Durchbiegung minimiert, bessere Steifigkeit des Systems
(4) Nennen Sie 3 wesentliche Anforderungen an einen Wellenwerkstoff in einem Stirnradgetriebe!
- Hohe Dauerfestigkeit (Umlaufbiegung)
- Hohe Steifigkeit (Verformungsgrenzen)
- verschleißfeste Oberflächen
- hohe Zähogkeit --> duktiles Verhalten (im Kern)
- gute Herstell- und Bearbeitbarkeit
(5) Welche 2 Gruppen von Stählen werden hauptsächlich bei höher beanspruchten Wellen verwendet?
- Vergütungsstähle
- Einsatzstähle
(6) Die zu konstruierende Welle muss an verschiedenen Stellen gegen Verschleiß geschützt werden. Welche Art von Stahl ist zu verwenden?
Einsatzstähle (härtbar)
(7) Welche beiden Achs-Konzepte werden in Fahrzeugen verwendet?
- Feststehende Achsen
- Umlaufende Achsen
(8) Nennen Sie 2 Vorteile von feststehenden gegenüber umlaufenden Achsen.
Feststehende Achsen haben bei gleicher Größe und gleichem Werkstoff
- eine höhere Tragfähigkeit
- eine höhere dynamische Scherbeanspruchung
(9) Was ist der Unterschied zwischen einem Trag- und Spurzapfen?
Tragzapfen: Kraft wirkt senkrecht zur Drehachse
Spurzapfen: Kraft wirkt in Richtung der Drehachse
(10) Nennen Sie 2 Ausführungen von normgerechten Wellenenden.
- zylindrisch
- kegelig
(11) Welche 3 grundlegenden Berechnungsnachweise müssen bei der Auslegung von Wellen ud Achsen erfolgen? Berechnung auf...
- Tragfähigkeit (--> Festigkeitswerte)
- elastisches Verhalten (--> Verformungsgrenzen)
- kritische Drehzahl (--> Ausfall durch Schwingungen)
(12) Wozu dienen der Anwendungs- und Betriebsfaktor KA bei der Dimensionierung und beim Sicherheitsnachweis verwendet?
KA wird verwendet, um Belastungsspitzen der Bauteile durch unregelmäßige Schwankungen der äußeren Last zu berücksichtigen
(13) Welche Verformungen sind bei Wellen und Achsen zu prüfen? Nennen Sie ein technisches Beispiel für eine Verfomungsgrenze.
- Verformung bei Torsionsbeanspruchung
- Verformung bei Biegebeanspruchung
- Längenänderungen
(14) Nennen Sie 3 Beispiele aus der Praxis, in denen Durchbiegung der WElle (bzw. Achse) die Funktion gefährden können.
Wellen von Fahrantrieben
- Zahneingriff
- Gleitlager
- Wälzlager
(15) Welche Werkstoffamilie(n) ist für geringe Verformungen am besten geeignet?
(16) Welche kritischen Drehzahlen sind bei der Berechnung von Wellen und Achsen gegebenenfalls zu prüfen?
- biegekritische Drehzahl nk
- torsionskritische Drehzahl nk
(17) Verändert sich die biegekritische Drehzahl einer Welle ... ?
(18) Was bedeutet unterkritischer Betrieb bei Betrieb einer Maschine hinsichtlich des dynamischen Verhaltens von Wellen?
Die Betriebsdrehzahl liegt mindestens 20% unter der kritischen Drehzahl nk --> funktionssicherer Betrieb in Hinblick auf Schwingung
(19) Was muss beim Anlauf einer Maschine beachtet werden, deren Betrieb überkritisch erfolgt?
Die kritische Drehzahl nk muss beim Hochfahren und beim Herunterfahren schnell durchfahren werden, um ein Aufschaukeln der Amplituden zu verhindern.
(20) Nennen Sie 2 Maßnahmen, um konzeptionell Wellen/ Achsen montagefreundlicher zu gestalten (mit Begründung).
- Anfasen der Wellenenden für besseres Aufsetzen
- Absätze für Scheiben-/ Zahnradmontage
Begründung: geht schneller, schont Material (sonst Erhitzen/ Abkühlen erford.)
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Flashcards
(1) Welcher grundlegende Unterschied besteht zwischen Achsen und Wellen? Darf sich eine Achse drehen (Begründung)?
Achsen übertragen kein Drehmoment --> unterschiedliche Hauptbeanspruchung!
(2) Welche zwei Hauptbeanspruchungen treten bei Wellen im Maschinenbau auf?
Torsion (Schubspannung) und Biegung (Normalspannung), sowie Zug- und Druckkräfte bei schräg verzahnten Zahnrädern
(3) Zwei Lager einer Welle mit symmetrisch liegendem Stirnrad sind anzuordnen! Welche Vorteile (für Welle und Lager) bietet ein kurzer Lagerabstand gegenüber einem großen?
Geringere Biegemomente sowie Lagerkräfte --> Durchbiegung minimiert, bessere Steifigkeit des Systems
(4) Nennen Sie 3 wesentliche Anforderungen an einen Wellenwerkstoff in einem Stirnradgetriebe!
- Hohe Dauerfestigkeit (Umlaufbiegung)
- Hohe Steifigkeit (Verformungsgrenzen)
- verschleißfeste Oberflächen
- hohe Zähogkeit --> duktiles Verhalten (im Kern)
- gute Herstell- und Bearbeitbarkeit
(5) Welche 2 Gruppen von Stählen werden hauptsächlich bei höher beanspruchten Wellen verwendet?
- Vergütungsstähle
- Einsatzstähle
(6) Die zu konstruierende Welle muss an verschiedenen Stellen gegen Verschleiß geschützt werden. Welche Art von Stahl ist zu verwenden?
Einsatzstähle (härtbar)
(7) Welche beiden Achs-Konzepte werden in Fahrzeugen verwendet?
- Feststehende Achsen
- Umlaufende Achsen
(8) Nennen Sie 2 Vorteile von feststehenden gegenüber umlaufenden Achsen.
Feststehende Achsen haben bei gleicher Größe und gleichem Werkstoff
- eine höhere Tragfähigkeit
- eine höhere dynamische Scherbeanspruchung
(9) Was ist der Unterschied zwischen einem Trag- und Spurzapfen?
Tragzapfen: Kraft wirkt senkrecht zur Drehachse
Spurzapfen: Kraft wirkt in Richtung der Drehachse
(10) Nennen Sie 2 Ausführungen von normgerechten Wellenenden.
- zylindrisch
- kegelig
(11) Welche 3 grundlegenden Berechnungsnachweise müssen bei der Auslegung von Wellen ud Achsen erfolgen? Berechnung auf...
- Tragfähigkeit (--> Festigkeitswerte)
- elastisches Verhalten (--> Verformungsgrenzen)
- kritische Drehzahl (--> Ausfall durch Schwingungen)
(12) Wozu dienen der Anwendungs- und Betriebsfaktor KA bei der Dimensionierung und beim Sicherheitsnachweis verwendet?
KA wird verwendet, um Belastungsspitzen der Bauteile durch unregelmäßige Schwankungen der äußeren Last zu berücksichtigen
(13) Welche Verformungen sind bei Wellen und Achsen zu prüfen? Nennen Sie ein technisches Beispiel für eine Verfomungsgrenze.
- Verformung bei Torsionsbeanspruchung
- Verformung bei Biegebeanspruchung
- Längenänderungen
(14) Nennen Sie 3 Beispiele aus der Praxis, in denen Durchbiegung der WElle (bzw. Achse) die Funktion gefährden können.
Wellen von Fahrantrieben
- Zahneingriff
- Gleitlager
- Wälzlager
(15) Welche Werkstoffamilie(n) ist für geringe Verformungen am besten geeignet?
(16) Welche kritischen Drehzahlen sind bei der Berechnung von Wellen und Achsen gegebenenfalls zu prüfen?
- biegekritische Drehzahl nk
- torsionskritische Drehzahl nk
(17) Verändert sich die biegekritische Drehzahl einer Welle ... ?
(18) Was bedeutet unterkritischer Betrieb bei Betrieb einer Maschine hinsichtlich des dynamischen Verhaltens von Wellen?
Die Betriebsdrehzahl liegt mindestens 20% unter der kritischen Drehzahl nk --> funktionssicherer Betrieb in Hinblick auf Schwingung
(19) Was muss beim Anlauf einer Maschine beachtet werden, deren Betrieb überkritisch erfolgt?
Die kritische Drehzahl nk muss beim Hochfahren und beim Herunterfahren schnell durchfahren werden, um ein Aufschaukeln der Amplituden zu verhindern.
(20) Nennen Sie 2 Maßnahmen, um konzeptionell Wellen/ Achsen montagefreundlicher zu gestalten (mit Begründung).
- Anfasen der Wellenenden für besseres Aufsetzen
- Absätze für Scheiben-/ Zahnradmontage
Begründung: geht schneller, schont Material (sonst Erhitzen/ Abkühlen erford.)
(21) Nennen Sie 2 Maßnahmen, um konzeptionell Wellen/ Achsen vor zu hohen Biegemomenten und Kräften zu bewahren.
- geringe Stützweiten zwischen Lagern --> kleiner & kostengünstiger
- Vermeidung von fliegender Lagerung
- (am besten auch symmetrische Lagerung)
(22) Nennen Sie 2 Maßnahmen, um Wellen/ Achsen wirtschaftlicher fertigen zu können.
- Verwendung von Fertigteilen (Voll- und Hohlwellen)
- Verwendung von genormten Anschlussmaßen und Sitzmaßen (Vorzugspassungen)
(23) Nennen Sie 4 Regeln, die bei unvermeidlichen technischen Kerben von Wellen/ Achsen zu geringen Kerbwirkungen führen (Kerbe und Regel nennen).
- Kerbwirkung in gefährdeten Querschnittsübergängen durch Oberflächenbehandlungsverfahren wir Rollen, Drücken oder Kugelstrahlen mindern (--> Verfestigt Randschichten und damit Dauerfestigkeit)
- Schmiermittelbohrungen nach Möglichtkeit in die neutrale Faser der Welle/ Achse legen
- Querbohrungen vermeiden
- Vermeidung der Überlagerung von Kerbwirkungen in einem Querschnitt z. B. Durchmessersprung und Passfedernut
- Axiale Festlegung von Naben durch Distanzbuchen --> Verlegung scharfer Einstiche in weniger belastete Wellenbereiche
(24) Für was wird bei der Gestaltung von Wellen/ Achsen ein Korbbogen eingesetzt? Wie wird er ausgeführt (Skizze)?
Zur Vermeidung von starken Querschnittsübergängen
(25) Wie ist der Wirkungsgrad eines Getriebes definiert? Nennen Sie 2 Ursachen für Leistungsverluste im Getriebe.
\(\eta={P_{ab} \over P_{an}}\)
- Verzahnungsverluste
- Verluste durch Lagerreibung
- Leerlaufverluste
(26) Nennen Sie 2 Antriebselemente, welche für reibschlüssige Umschlingungsgetriebe eingesetzt werden können.
- Keilriemen
- Flachriemen
- Seiltrieb
(27) Nennen Sie je 1 Antriebselement für ...
a) ein formschlüssiges Umschlingungsgetriebe
b) ein kraftschlüssiges Wälzgetriebe
a) Zahnriemen, Kette
b) Elektromotor
(28) Was ist ein Sammelgetriebe, was ein Verteilergetriebe?
Sammelgetriebe: verknüpft mehrere Antriebe
Verteilergetriebe: verteilt Drehmomente
(29) Welchen Hauptvorteil weisen Umschlingungsgetriebe auf?
Sie können große Achsabstände überbrücken.
(30) Nennen Sie 3 Hauptfunktionen von Zahnradgetrieben.
- Dehmoment oder Drehzahl wandeln
- Richtungsänderung bei der Drehmomentübertragung
- Schlupflose Übertragung von Leistung und Drehbewegung
(31) Wie ist die Übersetzung i definiert (Formel mit Namen)?
i = omega a / omega b = "Antrieb" / "Abtrieb"
(32) Wie lautet die Gleichung für die Übersetzung i bzgl. der Verhältnisse der Teilkreisdurchmesser der Stirnräder, bzgl. der Drehzahlen und bzgl. der Zähnezahlen (Indizierung mit Erklärung für Antrieb und Abtrieb)?
\(i = {d _2 \over d_1} = {\omega_1 \over \omega_2} = {z_2 \over z_1}\)
1=Kleinrad, Ritzel
2=Großrad
(33) Was ist das Zähnezahlverhältnis u? Wie unterscheidet es sich von der Übersetzung
\(u = {z_2 \over z_1} = {Großrad \over Kleinrad}\)
u ist immer >=1
(34) Wozu dienen Kegelräder?
Zur Richtungsänderung bei der Drehmomentübertragung um 90°
(35) Nennen Sie 2 Zahnradformen, mit denen sich kreuzende Achslagen realisieren lassen.
- Kegelschraubgetriebe
- Schraubradgetriebe
- Schneckengetriebe
(36) Was muss eine Zahnflankenform hinsichtlich der Übersetzung i gewährleisten?
- es muss ein dauernder Kontakt zwischen den Zahnflanken während des Eingriffs bestehen
- die Drehzahl der Räder darf beim Umlauf nicht von der Zahngeometrie abhängen
(37) Was besagt das Verzahnungsgesetz?
\(i={\omega_1 \over \omega_2}=konstant\)
Die Drehbewegung über einem Zahnradgetriebe wird dann gleichförmig (i=konst.) übertragen, wenn die Normale zu jedem Berührpunkt der Zahnflanken durch den Wälzpunkt verläuft.
(38) Skizzieren Sie 2 Zahnflanken mit Berührpunkt B und zeichnen Sie die dazugehörigen Geschwindigkeitsvektoren ein. Welche Bedingung muss diesbzgl. gelten und warum?
Bedingung:
\(i={v_1*R_2 \over R_1*v_2}=konst.\)
da sonst Räder voneinander abgehen
(39) Wo ist die Geschwindigeit beim Abwälzen der Zahnflanken am kleinsten, wo am größten?
Am kleinsten ist die Geschw. im Wälzpunkt (=0), am größten am Kopf bzw. Fuß.
40) Nennen Sie 2 mathematische Kurven, die bei geradverzahnten Stirnrädern für die Zahnflankenform verwendet werden.
- Evolventenverzahnung
- Zykloidenverzahnung
