K5 : Achsen und Wellen (completed with ans except for 2 Ques)✅

Question 1

Was ist der Unterschied zwischen Achsen und Wellen?

Answer 1

Wellen sind umlaufende Maschinenelemente. Sie werden auf Torsion und Biegung beansprucht. sie übertragen ein Drehmoment.

Achsen übertragen keine Drehmomente !!

Question 2

Warum werden nach wie vor Viertelkreis-Übergangsradien bei Wellenabsätzen verwendet?

Answer 2

Bessere Spannungsverteilung, geringe Spannungsspitzen, besser zu fertigen

Verbesserung des Spannungsverhältnisses,geringere Kerbwirkung

Question 3

Warum hat eine Welle überhaupt Absätze?

Answer 3

Bessere Biegebeanspruchung, für Montage günstiger

Or

Anbringen von Konstruktionselementen zur Sicherstellung einer Funktion

??which one is correct

Question 4

Welche Passfeder-Nutform ist günstiger hinsichtlich Kerbwirkung: Nutform ?

N1: (eine mit Schaftfräser)
N2 (eine mit Scheibenfräser) hergestellte Nut

Answer 4

N2 mit Scheibenfräser

Question 5

Geben Sie die Faustformel für die erste Eigenfrequenz eines Ein- Massenschwingers (je für Biegung und Torsion) an.

Answer 5

Wk = (c/m)^1/2 (Biegung) or
Biegeschwinger: 𝜔𝑘 = sqrt(c/m)

wk = (ct/J)^1/2 (Torsion) or
Torsionsschwinger: 𝜔𝑘 = sqrt(𝑐𝑡/J)J:

Question 6

Warum wird eine beladene Waschmaschine möglichst schnell auf die Schleuderdrehzahl erhöht?

Answer 6

Um den Bereich der Eigenfrequenz möglichst schnell zu verlassen, damit Resonanz vermieden wird.

Um Unwuchten zu vermeiden

Question 7

Skizzieren Sie eine mögliche Entlastung an einer Wellenschulter mit Wälzlager, bei der die Kerbwirkungen zusammentreffen.

Answer 7

Distanzring, Entlastungskerbe

(siehe VO Folie 40)

Question 8

Leiten Sie die Formel für einen Entwurfsdurchmesser bei reiner Torsion her.

Answer 8

𝑑𝑎 ′ ≈ 2,7 ∗ 3^sqrt(𝑇/𝜏𝑡D)

(siehe VO Folie 26)

Question 9

Wie bewerten Sie den Einsatz eines Sicherungsrings als axiale Nabensicherung?

Answer 9

Schlecht, da somit keine Sicherheit bei der Übertragung von Torsionsmomenten gewährleistet ist.

Gefahr des Abhebens bei hohen Drehzahlen beachten

Question 10

Wie werden Achshalter ausgerichtet und warum?

Answer 10

Entgegen oder Parallel der Last,

sodass Schrauben nicht belastet werden

Question 11

-Wie ist der Zusammenhang zwischen der Länge 𝑙 und dem Winkel 𝜑 bei der Torsion?

-Leiten Sie den Zusammenhang für kleine Winkel / Verformungen her.

(Refer to pic in K5 pg 77 of vorlesung slides)

Answer 11

• 𝜑 ist proportional zu 𝑙
• siehe Bild

Formelherleitung : siehe VO Folie 51

Question 12

• Was ist das grundsätzliche Problem bei der Entwurfsrechnung bzw. Vordimensionierung?
• Wie löst man dies in der Praxis?

Answer 12

Kräfte und Momente sind vorher nicht exakt bekannt daher arbeitet man erst mit Annahmen.

-Formeln für den Entwurfsdurchmesser geben nur eine grobe Richtung vor,

außerdem liegt meist Biegung und Torsion überlagert vor.

-
-> Nachrechnung immer erforderlich
-> Einfluss von Erfahrungswerten
-> Größere Querschnitte wählen

Question 13

Kann man eine auf Biegung hochbeanspruchte Achse eines ICEs noch mit einem zusätzlichen Getriebe zum Antrieb versehen, da die Torsionsspannung tangential und die Biegespannung normal wirkt?

Answer 13

Nein, eine Überlagerung von Biegung und Torsion würde die so schon hochbelastete Achse nur noch mehr belasten!

Question 14

Kann man die Vordimensionierungsformeln RM S.400 auch zum Festigkeitsnachweis heranziehen?

Answer 14

Nein, da diese Formeln nur eine grobe Richtung vorgeben.

Der Festigkeitsnachweis muss extra durchgeführt werden!

Question 15

Beschreiben Sie alles exakt,

-was Sie hier sehen und

-welche Funktion damit verbunden ist

-(also erklären Sie dieses Teil jemanden, der keine Ahnung hat):

(Refer to pic in K5 pg 78 of vorlesung slides)

Answer 15

Sie sehen eine Passfeder mit 2 Bohrungen für 2 Halteschrauben und einer zusätzlichen Bohrung,

vermutlich zum Ablösen mittels Abdrücken.

Passfedern dienen dazu, eine Welle-Nabe Verbindung herzustellen,

das heißt z.B. um das Drehmoment einer Welle auf ein auf dieser montiertes Zahnrad zu übertragen.

Question 16

Erläutern Sie, ob Wellen immer starr sind.

Answer 16

Es gibt Wellen, die keine wechselnden Momente haben,

bzw nur eine Drehrichtung besitzen. z.B. eine starre Kupplung.

Grundsätzlich aber sind Wellen nicht starr. (?)

Or ?

Nein, Wellen sind meistens dynamisch beanspruchte, umlaufende Teile, da sie meist ein Moment übertragen.

Or

Nein, es gibt auch Sonderbauformen z.B. biegsame Wellen, die aus Drähten gewickelt werden

Question 17

-Wann setzt man welchen Freistich ein und

-wozu macht man so etwas überhaupt?

Answer 17

(Simple answer)

Man setzt Freistiche ein, um den scharkantigen Übergang an Wellenabsätzen zu meiden (wegen hoher Kerbwirkung)

Or

Bei Wellenabsätzen, um einen Werkzeugauslauf zu gewährleisten

Or (which is correct?)

(Long ans)

Form E Radialeinstich - Keine besondere Anforderung an die Planfläche

Form F kombinierter Axial- und Radialeinstich - beide Flächen werden noch nachbearbeitet

Form G kombinierter Axial- und Radialeinstich - bei geringer Beanspruchung, hohe Kerbwirkung

Form H kombinierter Axial- und Radialeinstich - kleinere Kerbwirkung

Wird ausgeführt, damit Bauteile an der Planseite des Absatzes anliegen können.

Question 18

Ein Student teilt Ihnen nach der Vorlesung ernsthaft mit, alle anderen außer ihm selbst seien bekanntermaßen reichlich dumm.

Eine gedrungene Welle mit Absätzen herzustellen könnte er sich so nicht vorstellen, weil das viel zu teuer sei.

Stattdessen würde man alle Wellen besser glatt ohne Absatz konstruieren.

-Wie werten Sie eine derartige Aussage?

Answer 18

Das ist falsch, weil Abätze sichern üblicherweise das Konstruktionselement Einfachste Form für MontageGedrungen besser als lang, schlank
-> kleinere Biegemomente

Question 19

Erklären Sie die Funktion einer Passfederverbindung.

Answer 19

Funktion Schrauben:
1. als Verliersicherung
2. zur Reduktion der Beanspruchung
3. zum Einsatz in Gleitfedern

(Verify this again)!🔥

Question 20

Sie wollen ein Rillenkugellager (siehe Skizze) als Festlager verwenden und an einen üblichen Wellenabsatz abstützen.

-Welche technisch sinnvolle Auswahl treffen Sie aus folgenden Möglichkeiten:
(a) keinen Freistich vorsehen
b) DIN 509 Form E
c) DIN 509 Form F
d) DIN 509 Form G

-Begründen Sie Ihre Wahl und

-skizzieren Sie eine für Ihre Wahl geeignete Befestigung des Lagers auf der Welle (vereinfacht).

(Refer to pic in K5 pg 79 of vorlesung slides)

Answer 20

??

Question 21

-Skizzieren Sie in das obere Bild weitere, notwendige Befestigungen mittels Sicherungsringen ein und

-geben die relevanten Maße an.

(Refer to pic in K5 pg 79 of vorlesung slides)

Answer 21

??

Question 22

Was ist die „Handregel“ bzw. die Vermeidungsstrategie der Natur zum Abschwächen der Kerbwirkung?

(Hinweis: Erläuterung im Anhang)!! (Important to see this at least once in Vorlesung slides)

Answer 22

Zugdreieckoptimierung

Question 23

-Wählen Sie für eine Wellenabsatz Ø100 auf Ø115 mm mit 2 Bearbeitungsflächen bei üblicher Beanspruchung einen geeigneten Freistich aus und

-skizzieren Sie diesen mit der vereinfachten Darstellung (normgerechte Angaben!)

Answer 23

Form F - kombinierter Axial- und Radialeinstich für Fälle,

in denen sowohl zylindrische Mantelfläche als auch die Planfläche geschliffen werden sollen,

z.B. bei Anlageschultern für Wälzlager

• need to add in pic of the Skizze!!🔥