Definieren Sie den Begriff Achse.
Achsen dienen ausschließlich dem Abstützen von Kräften mit Hilfe der Lagerung. Nutzmomente d.h. Drehmomente werden nicht übertragen, trotzdem können Achsen auf Biegung beansprucht werden.
Was lässt sich aus dem gedanklichen Konzept zum Kraft- und Momentenfluss ableiten?
Maschinenteile sind so zu gestalten, dass einfache und kurze Kraft- und Momentenflüsse entstehen.
Querkräfte vermeiden oder nur über kurze Strecken führen, da sonst große Biegemomente entstehen
Nennen Sie zwei Achsbauarten.
umlaufend und fliegend gelagert
ruhend und beidseitig gelagert
Definieren Sie den Begriff Welle.
Wellen übertragen nutzbare Drehmomente, gleichzeitig werden angreifende Kräfte über die Lagerung der Welle aufgenommen und abgestützt. Wellen sind immer drehbeweglich, müssen jedoch nicht zwangsläufig umlaufen.
Beschreiben Sie das Gedankliche Konzept zum Kraft- und Momentenfluss?
Weiterleitung von Kräften- oder Momenten in einer Maschinenstruktur.
Veranschaulichung durch die Vorstellung, dass die Kräfte- oder Momente durch das Bauteil strömen.
Die Kraftflusslinien verlaufen in Richtung der ersten Hauptspannung.
Eine örtliche Konzentration der Kraftflusslinien bedeutet örtlich höhere Beanspruchung
Welche Aspekte sind für die optimale Gestaltung einer Welle zu beachten?
geringe Stützweite vorsehen
zweiseitige Lagerung ist günstiger als einseitige, fliegende Lagerung ausreichend
ausreichende axiale Verschiebemöglichkeiten in der Lagerung (unterschiedliche Durchmesser für die einzelnen Flächen)
Gestaltung (eines optimalen Kraftflusses bzw. kleiner Kerbwirkungszahlen)
nach Möglichkeit eine statisch bestimmte Lagerung anzustreben
wirtschaftliche Fertigung, einfache Montage
Was versteht man unter der Kontrolle der Verformungen?
Kontrolle, ob die Formänderungen (Durchbiegung, Neigung, Drillung) in vertretbaren Grenzen liegen, d.h. ob die Funktion des Systems störend beeinflusst wird.
Welche Zeitlichen Verläufe der Beanspruchung gibt es?
ruhend (σ konstant)
schwellend (σ zyklisch bis 0)
wechselnd (σ positiv, negativ)
allgemein dynamisch (σ zyklisch, nicht bis 0)
Was versteht man unter dem statischem Auswuchten?
Minimierung des Schwerpunktabstandes e zur Rotationsachse bzw. Massenmodifikation bis Hauptträgheitsachse = Drehachse)
Einzelner Rotationskörper
Was versteht man unter dynamischem Auswuchten?
Kräfte und Momente müssen sich in beiden Wellenebenen aufheben
mehrere Rotationskörper
Welche Belastungsfälle gibt es?
Zug
Druck
Biegung
Torsion
Scherung
Welche Gemeinsamkeiten haben Achsen und Wellen im Bezug auf ihre Funktion? Worin unterscheiden sie sich?
Lagerung von drehbeweglichen Teilen
Aufnahme von Kräften und Momenten
Leiten von Kräften und Momenten an die Lager
bei Wellen gehört das Übertragen von Torsionsmomenten zur Hauptfunktion, bei Achsen jedoch nicht
Nennen Sie drei Maßnahmen mit denen Sie eine axiale Verschiebung einer Nabe auf einer Welle verhindern können.
Wellenabsätze
Wellensicherungsringe
Wellenmutter
Distanzhülsen
Warum sollte man auf den Einsatz von Wellensicherungsringen verzichten?
Die dafür vorgesehene Nut erzeugt eine (erhebliche) Kerbwirkung.
Warum kann man bei Achsen und Wellen in der Regel die Biegemomente mit der einfachen Formel (s. Bild) zusammenfassen?
symmerischer (Kreis-)Querschnitt
Nennen Sie zwei Maßnahmen, um Kippmomente bei der Lagerung von Achsen vorzubeugen.
für die Lagerung zwei Lager verwenden
eine sehr breite Hülse als Lager verwenden
Nennen Sie Auslegungskriterien für die Achsen und Wellen.
Festigkeit (überwiegend)
elastische Verformung (nur bei hoher Genauigkeitsanforderung)
dynamische Eigenschaften: drehkritische Drehzahl (Drehschwingung der Welle), biegekritische Drehzahl (Biegeschwingung der Welle)
Wellen haben oft Absätze und weitere geometrische Abweichungen. Mit welchem Durchmesser rechnet man bei der Vordimensionierung?
überschlägiger Wellendurchmesser (kleinster Wellendurchmesser)
Nennen Sie die jeweils dominante Beanspruchung bei Wellen und bei Achsen. Welche Beanspruchung/ welches Moment verwenden Sie für die Auslegung einer Welle, die auf Biegung und Torsion belastet wird?
Nennen Sie drei Auswirkungen auf angrenzende Bauteile, die bei einer Verformung (Durchbiegung) einer Welle auftreten können.
Eingriffsstörungen mit Gegenrad
Kantenpassung in Gleitlagern
Schrägzug bei Zugmitteltrieben
ungenaue Übertragung der Drehbewegung
Nennen Sie einige Gestaltungsregeln für Achsen und Wellen.
geringe Stützweiten (“Kräfte nicht spazieren führen”)
Wellen statisch bestimmt lagern
fliegende Lagerung, wenn möglich vermeiden
unterschiedliche Durchmesser für die einzelnen Sitz- und Laufflächen vorsehen
Bauteile mit Passung nicht über lange Strecken schieben
für tolerierte Wellenabschnitte genormte Durchmesser wählen
Kerbwirkung in hochbelasteten Bereichen vermeiden bzw. gering halten. Z.B. durch Distanzhülse
Freistiche bei geschliffenen Wellenabsätzen vorsehen
Nennen Sie ein Beispiel für eine unproblematische dreifache Lagerung einer Welle (unbestimmt).
Wenn zwei Lager direkt nebeneinander platziert werden (zur Aufnahme von höheren Kippmomenten). Die zwei Lager wirken wie ein breites Lager.
Was versteht man unter einer fliegenden Lagerung?
Der Kraftangriffspunkt liegt an einem freien Wellenende, das nicht durch ein Lager abgestützt ist.
Was versteht man unter Frequenz. Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen Frequenz, der Kreisfrequenz und der Drehzahl mathematisch. Welche Einheiten haben diese Größen?
Gibt die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit an. 1 Hertz = 1 / sec
Kreisfrequenz w = 2 * pi * f in 1 / sec
Winkelgeschwindigkeit w = 2 * pi * f in 1 / sec
Drehzahl n= (60 * w) / 2 * pi
Welche Auswirkungen hat die Resonanz bei Wellen und wie entsteht sie?
Lagerschäden, Dauerbrüche der Welle, Rütteln der Maschine
Resonanz entsteht, wenn die Anregungsfrequenz der Eigenfrequenz der Maschine entspricht.
Wie wird die Wellendrehzahl bei Resonanz genannt?
kritische Drehzahl
Wie wirken sich äußere Einflüsse auf die Eigenfrequenz einer Maschine aus?
äußere Einflüsse haben keinen Einfluss auf die Eigenfrequenz
Was versteht man unter Auswuchten?
Unter dem Auswuchten versteht man einen Vorgang zur Verringerung der Unwucht schnell rotierender Maschinenteile wie Achsen, Wellen, Spindeln, Motoren von Turbinen usw.
Ziele: Abstand des Gesamtschwerpunktes e von der Drehachse hinreichend klein machen
Skizzieren Sie ein Diagramm für die kritische Drehzahl und benennen Sie die Bereiche. Erläutern Sie kurz die Achsenbeschriftung.
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