KON2
Konstruktion
Konstruktion
Kartei Details
| Karten | 39 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Mechatronik |
| Stufe | Grundschule |
| Erstellt / Aktualisiert | 28.12.2013 / 28.12.2013 |
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Was ist ein Maschinenelement?
Maschinenelemente sind Bauteile, welche in gleicher oder zumindest ähnlicher Form in technischen Gebilden (Maschinen, Apparate oder Geräte) immer wieder enthalten sind.
Welches sind die wesentlichen Tätigkeiten eines Konstrukteurs?
Ein Konstrukteur muss in der Lage sein, aus wirtschaftlichen und
gesellschaftlichen Gegebenheiten Anforderungen für die Produktkonstruktion
abzuleiten.
Er muss neue Produktideen oder Produktverbesserungen in fertigungsgerechte
Zeichnungen, Stücklisten usw. umsetzen.
Wesentliche Tätigkeiten sind:
· Beschaffung von Informationen
bspw. Einsatzbedingungen für das Produkt, äußere Lasten, geltende
Gesetze und Vorschriften, Normen etc.
· Bewertung von Informationen
bspw. ob gesetzliche Vorschriften für das zu konstruierende Produkt
anzuwenden sind oder wie zuverlässig die Angaben über die zu
erwartenden Belastungen des Produkts sind;
· Verarbeitung von Informationen
bspw. die Berechnung eines Wellendurchmessers mit Hilfe der ermittelten
äußeren Lasten;
· Dokumentation der Ergebnisse
bspw. durch Fertigungszeichnungen, Stücklisten, Dokumentation über
angewendete Normen und Gesetze;
Wie ist die Rautiefe Rt, wie die gemittelte Rautiefe Rz und wie der Mittenrauwert Ra definiert?
R t : senkrechter Abstand zwischen tiefstem und höchstem Profilpunkt [ μ m]
R z : arithmetischer Mittelwert aus 5 Einzelrauhtiefen [ μ m]
R a : ist der rechnerische Mittelwert aller Abweichungen des Rauheitsprofils von der mittleren Linie der definierten
Nennen Sie 5 aus den in der Vorlesung vorgestellten Möglichkeiten,
nachdem ein Bauteil ausgelegt werden kann/sollte.
Bauteil auslegen auf:
· Versagen durch statische Last statischer Festigkeitsnachweis
· Ermüdungsversagen Betriebsfestigkeitsnachweis
· Korrosion Auslegung gegen unzul. Korrosion
· Mechan. Abnutzung Auslegung gegen unzul. Verschleiß
· Versagen durch Instabilität Auslegung gegen Knicken
Definieren Sie den Begriff Belastung und nennen Sie die möglichen Formen.
Belastungen wirken äußerlich auf ein Bauteil ein äußere Kräfte und Momente
(Biege- und Torsionsmoment)
Zugbelastung, Biegebelastung, Schubbelastung, Torsionsbelastung
Bei einem Festigkeitsnachweis werden 2 Größen miteinander verglichen.
Welche sind dies? Wann tritt demnach Versagen ein?
σv Vergleichsspannung
σzulmax. zulässige Spannung
Bedingung: σv ≤ σzul
Versagen bei σv ≥ σzul
Wann bezeichnet man einen Werkstoff als isotrop?
Die Isotropie bezeichnet die Unabhängigkeit der Werkstoffeigenschaften von der
Raumrichtung. D.h. ein Werkstoff ist isotrop, wenn er in alle Raumrichtungen
dieselben Werkstoffeigenschaften aufweist.
Welchen Zweck haben die Festigkeitshypothesen?
Am Bauteil auftretende Überlagerungen von Beanspruchungen (z.B. Torsion und
Normalspannung aus Biegung) müssen sinnvoll aufsummiert werden, um so eine
äquivalente einachsige Beanspruchung zu ermitteln. Die Überführung auf einen
einachsigen Spannungszustand erfolgt mit Hilfe der Festigkeitshypothesen.
Welche Festigkeitshypothesen kennen Sie?
· Normalspannungshypothese
· Schubspannungshypothese
· Gestaltänderungsenergiehypothese
Welche Hypothesen werden für sprödes, welche für zähes Material benutzt?
Spröder Werkstoff: NH (Normalspannungshypothese)
Zäher Werkstoff: SH (Schubspannungshypothese),
GEH (Gestaltänderungsenergiehypothese)
In dem Bild ist eine abgesetzte Welle mit Kugellager zu sehen. Warum ist dies bezüglich der Kerbspannung als eher schlechte Lösung zu sehen?
Scharfe Kerbe;
Aufgezogenes Wälzlager mit kleinem Rundungsradius im Wellenabsatz - große Kerbspannung;
Warum erreicht die Spannung im Spannungs-/Dehnungsdiagramm ein
Maximum und fällt dann wieder ab?
Weil zur Berechnung der Werte für das Spannungs-/Dehnungsdiagramm nur der
Ausgangsdurchmesser berücksichtigt wird. In Realität nimmt der
Ausgangsdurchmesser ab und Spannung steigt an. Die Beschränkung auf den
Ausgangsdurchmesser hat historische Gründe, früher konnte die Änderung des
Durchmessers nicht genau gemessen werden konnte.
In dem Diagramm ist ein Schwingspiel dargestellt. Beschriften Sie die Pfeile
1-6 symbolisch und mit den entsprechenden Begriffen.
1: σa – Spannungsamplitude
2: σa – Spannungsamplitude
3: 2*σa
4: σm – Mittelspannung
5: σo – Oberspannung
6: σu – Unterspannung
Bei einem auf Biegung belasteten Rundstab mit d = 10mm ist die
Biegefestigkeit größer als bei einem Rundstab mit d=50mm. Wie nennt man
den entsprechenden Parameter, der zur Berechnung der zulässigen
Spannung verwendet wird und woran liegt das?
Größenbeiwert bG: Bei Werkstücken mit größerem Durchmesser ist die
Spannungsverteilung ungünstiger. Grund: bei größer werdendem Durchmesser
geht die Biegewechselfestigkeit aufgrund des kleineren Spannungsgradienten in
die Zug/Druckwechselfestigkeit über und sink dadurch.
Warum hat die Oberflächenrauheit einen Einfluss auf die
Ermüdungsfestigkeit?
Bearbeitungsriefen in der Werkstück-Oberfläche wirken als Kerben und setzen
die Bauteilfestigkeit herab.
Welche zwei primären Kriterien müssen von einer belasteten Achse oder
Welle erfüllt werden?
· Festigkeit: Durch Dimensionierung soll Gesamtbeanspruchung an allen
Stellen so gering gehalten werden, daß keine bleibende Verformung auftritt
und es nicht zum Bruch kommen kann.
· Steifigkeit: Die elastische Verformung der Achsen oder Wellen infolge
äußerer Belastung soll in zulässigen Grenzen gehalten werden.
Bei einer Möglichkeit der Grobdimensionierung wird die zulässige Spannung für Wellen mit der Gleichung
TAU,tzul = TAU,tsch / 10…15 ermittelt.
Wieso ist die Sicherheit hier so groß?
Großer Sicherheitsbeiwert aufgrund Vernachlässigung der Biegebelastung.
Nennen Sie die 7 Arten von geometrischen Kerben, die bei einer Welle konstruktiv auftreten können.
· Passfedernut
· Absatz
· Sicherungsring
· Freistich
· Gewinde- und Gewindeauslauf
· Querbohrung (z.B.: für Schmierung)
· Sitzkanten von aufgepressten Bauteilen
Wie kann man die Kerbwirkung eines funktionsbedingten Absatzes
verringern?
· Übergänge von Absätzen abrunden
Anhaltswert für Rundungsradius r = d/20 bis d/10
· Funktionsbedingte scharfkantige Absätze mit Freistich versehen
· Bei sehr hoch beanspruchten Bauteilen durch ringförmige Entlastungsnut,
Kraftfluss weich umlenken
· Sicherrungsringnuten haben besonders hohe Kerbwirkung, daher in hoch
belasteten Bauteilen unbedingt vermeiden. Alternative: Hülsen
· Überlagerung mehrerer Kerben vermeiden, bspw. Distanzbuchsen
einsetzen (hier überlagerte Kerbe: Freistich, Gewinde und
Sicherungsblechnut)
· Bei sehr hoch beanspruchten Bauteilen kann die Oberfläche durch
Kugelstrahlen o. Rollen mit Druckeigenspannung versehen werden,
wodurch die Kerbspannungen kompensiert werden. Die resultierende
Zugspannung ist niedriger.
Warum ist in der Gleichung der Vergleichsspannung bei der Wellenberechnung zusätzlich das Anstrengungsverhältnis α0 enthalten?
Man benötigt das Anstrengungsverhältnis, da σ wechselnde und τ schwellende
Belastung darstellt. Es berücksichtigt sozusagen wie empfindlich der Werkstoff
auf Biege- bzw. Torsionsbelastung in dem jeweiligen Lastfall reagiert.
Welche Faktoren sind in der Gleichung der zulässigen Spannung σzul bei der Wellenberechnung enthalten?
bG Größenbeiwert
bO Oberflächenbeiwert
σb grenz Biege-Grenzspannung abhängig vom Lastfall
σb w Dauerfestigkeit bei wechselnder Biegebelastung
βk Kerbfaktor
S Sicherheitsbeiwert
Welches sind die Kriterien, um den gefährdeten Querschnitt einer Welle zu
erkennen?
· Größtes Biegemoment
· Größtes Torsionsmoment
· Kleinster Querschnitt/Durchmesser
· Schärfste Kerbe
Welche vier wichtigen Schritte müssen für den Spannungsnachweis an
jeder gefährdeten Stelle einer Welle durchlaufen werden?
· Ermittlung der vorhandenen Spannung
· Zusammenfassung zur vorhandenen Vergleichsspannnung
· Bestimmung der zulässigen Spannung σzul
· Durchführung des Spannungsnachweises σv ≤ σzul und vorhandene
Sicherheit ermitteln
In welche zwei großen Lagerarten werden Lager eingeteilt?
· Wälzlager (Radiallager, Radial-axial Lager, Axiallager)
· Gleitlager
Warum wird in den meisten Konstruktionen eine Kombination aus
Los-/Festlager verwendet?
Damit sich eine Welle axial ausdehnen kann und so keine Zwangskräfte
entstehen.
Was ist der mechan. Vorteil eines Rillenkugellagers im Vergleich zu einem
Radial-Gleitlager bei einer Welle?
· Geringerer Aufwand für Schmiermittelversorgung und Wartung
· Geringere Oberflächengüte erforderlich
· Geringerer Anlaufreibwert
· Einfacher Aufbau, sehr preiswert
Welche Funktionen hat der Wälzkörperkranz (Käfig) eines Wälzlagers?
· Halten Wälzkörper auf Abstand, um gegenseitiges Reiben zu vermeiden
· Halten Wälzkörper auf gleichmäßigem Abstand, um gleichmäßige
Lastverteilung zu gewährleisten
· Bei zerlegbaren Lagern wird das Herausfallen der Wälzkörper verhindert
Warum sind Zylinderrollenlager nur für geringe Axialkräfte geeignet?
Aufgrund der hohen Reibung der Wälzkörper an der Bordkante;
Nennen Sie 5 Funktionen und jeweils ein praktisches Anwendungsbeispiel
für den Einsatz von Gewinden (Schrauben).
· Bewegungsschraube Bewegungs/Kraftübertrag. Spindelpresse
· Messschraube Messweg übersetzen Mikrometer
· Befestigungsschraube Bauteile verbinden Deckelbefestigung
· Einstellschraube Abstand einstellen Abstandhalter
· Verschlussschraube Hohlräume abdichten Ölablassschraube
Warum heißt das metrische Gewinde grade so?
Aufgrund der Grundeinheit, die dem metrischen Gewinde zugrunde liegt - Meter.
Welche zwei Gewindearten gibt es innerhalb der metrischen Gewinde?
· Regelgewinde
· Feingewinde
Die Festigkeitsklasse einer Schraube wird mit zwei Zahlen, getrennt durch
einen Punkt, definiert. Was bedeutet die Festigkeit 10.9? Wie werden die
Einzelfestigkeiten berechnet?
Zur Berechnung der Mindestzugfestigkeit wird die erste Zahl mit 100 multipliziert.
Die Mindeststreckgrenze wird durch Multiplizieren der ersten Zahl mit dem
10-fachen der zweiten Zahl ermittelt.
Festigkeitsklasse 10.9 bedeutet: Rm = 1000N/mm2, Rp0,2 = 900N/mm2
Welchen Zweck bei der Berechnung der Schraube hat der Anziehfaktor αA?
Beim Anziehen einer Schraubenverbindung herrscht eine starke Streuung des
Anzugmomentes. Daher wird ein Anziehfaktor in die Gleichung des
Anziehmomentes integriert, sodass nach dem Anziehen der Schraube noch mind.
die notwendige Schrauben-Vorspannkraft = FVmin vorhanden ist.
Was versteht man unter Setzen der Schraubenverbindung?
Setzen ist die plastische Längenänderung der Schraube oder der Flansche in
Abhängigkeit von der Zeit.
Nennen Sie 3 Funktionen von Federn und hierfür je ein Beispiel.
· Kraftschluss erzeugen Kupplung, Bremse
· Energie speichern Federmotor, Uhrenfeder, Verriegelungen
· Spiel ausgleichen Kohlen von E-Motoren, Anpressen der Kontaktflächen bei Dichtungen, Kupplungen
· Schwingungen abfedern/Dämpfung erzeugen
Rad-/ Motoraufhängung, Maschinenlagerung, Reibungsarbeit
· Schwingung aufrechterhalten Schwingtisch, Rüttelplatte, Fibrationsförderer
· Kräfte verteilen Federkernmatratze, Fahrzeugfederung
Benennen Sie die drei Feder-Kennlinien
progressive Kennlinie
gerade Kennlinie
degressive Kennlinie
Wie ist die Federarbeit einer Feder definiert?
Federarbeit:
Wie kann diese mit Hilfe des Federdiagramms dargestellt werden?
Federarbeit ist die Fläche zwischen der Federkennlinie und der Abszisse.
Was besagt der Ausnutzungsfaktor ηa? Wie groß ist dieser für die Zugstabfeder?
Dient als Vergleich der Werkstoffausnutzung von verschiedenen Federn. Der Ausnutzungsfaktor beschreibt das Verhältnis von gespeicherter Energie Wel bzw. charakterisiert er das Arbeitsvermögen in Bezug auf das eingesetzte Werkstoffvolumen. Verteilt sich die Spannung homogen im gesamten Werkstoff (wie bei der Zugfeder) so ergibt sich ηa=1.
