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2010 | Book

Roloff/Matek Maschinenelemente Aufgabensammlung

Authors: Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek

Publisher: Vieweg+Teubner

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About this book

Mit über 400 Aufgaben, Lösungshinweisen und Ergebnissen schafft dieses Aufgabenbuch Sicherheit in der Vorbereitung auf Klausuren. Durch die Abstimmung auf das Lehrbuch ist der Lernfortschritt systematisch steuerbar. In der vorliegenden 15. Auflage sind nun auf Wunsch vieler Nutzer in den meisten Kapiteln vollständig vorgerechnete Lösungen für bereits bekannte bzw. neu eingeführte Aufgaben enthalten. Diese Aufgaben sind sowohl im Aufgaben- als auch im Ergebnisteil speziell durch eine etwas vergrößerte und kursiv dargestellte Aufgabennummer erkennbar. Die dadurch nicht mehr benötigten Lösungshinweise entfallen für diese Aufgaben.

Table of Contents

Frontmatter

Aufgaben

1. Konstruktive Grundlagen, Normzahlen

Von folgenden begrenzten abgeleiteten Reihen sind die Normzahlfolgen und die Stufensprünge zu bestimmen:

a)

R20/3(140…) mit 8 Größen (Gliedern)

b)

R10/2(200… 2000)

c)

R5/4(0,16…) mit 5 Größen

d)

R40/3(11,8…) mit 6 Größen

e)

R20/-2(1600…) mit 6 Größen

f)

R10/-3(400…) mit 4 Größen

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
2. Toleranzen, Passungen, Oberflächenbeschaffenheit

Für folgende Zusammenbaubeispiele ist je eine geeignete ISO-Passung zwischen Außenund Innenteil (Bohrung und Welle) für das System Einheitsbohrung (EB) zu wählen:

a)

eine Lagerbuchse soll ohne nachträgliche Sicherung gegen Verdrehen in eine Gehäusebohrung eingepresst werden;

b)

ein Zahnrad ist auf eine größere Getriebewelle aufzusetzen, eine Sicherung gegen Verdrehen durch eine Passfeder ist vorgesehen;

c)

eine Kupplungsnabe soll auf einem Wellenende möglichst fest sitzen, eine zusätzliche Sicherung gegen Verdrehen ist vorgesehen;

d)

der Zentrieransatz eines Lagerdeckels zur Fixierung des Deckels in einem Gehäuse.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
3. Festigkeitsberechnung

Für ungekerbte, polierte Rundstäbe aus den Baustählen S235, S275 und E335 sind folgende Festigkeitswerte für die Bauteildicken d = 32 mm und d = 150 mm anzugeben:

a)

die Zugfestigkeit R

m

,

b)

die Streckgrenze R

e

,

c)

das Verhältnis R

e

/R

m

,

d)

die Biegefließgrenze

σbF

,

e)

die Torsionsfließgrenze

τtF

,

f)

die Biegegestaltwechselfestigkeit

σbGW

,

g)

die Torsionsgestaltwechselfestigkeit

τtGW

.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
4. Tribologie

Für einen Kontakt zweier Walzen wurden folgende Betriebsparameter durch Messung bzw. Berechnung bestimmt: Minimale Schmierfilmdicke im Kontakt h

min

= 2,5 mm, Rauheiten der beiden Walzen Ra

1

= 1,2 mm, Ra

2

= 2,3 mm. Bewerten Sie den vorliegenden Reibungszustand (Schmierungszustand).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
5. Kleb- und Lötverbindungen

Bei einem Zugversuch am Prüfstab ergab sich eine Bruchlast F

m

= 5200 N. Wie groß ist die Bindefestigkeit

τKB

des verwendeten Reaktionsklebstoffes?.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
6. Schweißverbindungen

Ein Flachstab EN 10 058––80×8 aus S235 mit Stumpfstoß soll eine Zugkraft F = 125 kN übertragen. Durch Auslaufbleche wird für eine kraterfreie Ausführung der Nahtenden gesorgt. Die Nahtgüte wird nicht nachgewiesen. Es ist zu prüfen, ob der Stab ausreichend bemessen ist.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
7. Nietverbindungen

Für die Nietverbindung (Stahlbau) sind bei einem Bauteilwerkstoff S235 zu bestimmen bzw. anzugeben:

a)

der günstige Rohnietdurchmesser d

1

und die Rohnietlänge l bei einem Halbrundkopf als Schließkopf (Maschinennietung), wobei eine genormte Nietlänge festzulegen ist;

b)

die vollständige, normgerechte Bezeichnung des Nietes bei Bestellung;

c)

die übertragbare zulässige Kraft F der Verbindung bei 3 Nieten und für die größtmögliche Beanspruchung auf Lochleibung ausreichenden Rand- und Lochabständen.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
8. Schraubenverbindungen

Eine Augenschraube nach DIN 444 soll bei Montagearbeiten eine ruhende Last F = 28 kN tragen.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
9. Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente

In einer Spannvorrichtung werden die Werkstücke (1) mit einem Druckverteilungsstück (2), das im Winkelhebel (3) drehbar gelagert ist, durch die Augenschraube DIN 444 ––BM12×150 –– 4.6 (4) gespannt. Als Gelenkstifte dienen Zylinderstifte ISO 2338 ––12h8×32 –– St bzw. ISO 2338 ––16h8×35 –– St (5 bzw. 6). Der Gelenkstift (5) hat im Schraubenauge Spiel (H9/h8) und sitzt fest im Winkelhebel (N7/h8). Der Gelenkstift (6) dagegen hat im Winkelhebel Spiel (E8/h8) und sitzt fest im Lagerauge (N7/h8). Winkelhebel (3) und Lagerauge (7) sind aus S235JR.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
10. Elastische Federn

Eine als Pufferfeder dienende Ringfedersäule aus 31 Ringen mit halben Endringen hat unbelastet eine Länge von 512 mm bei einem Außendurchmesser von 165 mm, einen Innendurchmesser von 135 mm und eine Ringbreite von 32 mm.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
11. Achsen, Wellen und Zapfen

Auf einer in den Lagern A und B drehbar gelagerten Achse aus E295 ist die Umlenkrolle eines Gurtförderers befestigt. Durch die Trumkräfte des Gurtes ergibt sich eine maximale Wellenbelastung F

W

, die von der Achse und von den Lagern aufgenommen werden muss.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
12. Elemente zum Verbinden von Wellen und Naben

Zur Befestigung des Sägeblattes auf dem Wellenzapfen (Werkstoff E295, Rohteildicke d = 45 mm) einer Universal-Kreissäge mit einer Nennleistung P = 4 kW bei n = 2850 min.

-1

ist eine Passfeder DIN 6885––A10×8×32 aus C45+C vorgesehen. Es ist zu prü- fen, ob die gewählte Passfederverbindung festigkeitsmäßig ausreicht, wenn eine stoßartige Belastung (K

A

≈1,5) anzunehmen ist, die Nabenteile aus EN-GJL-200 (Rohteildicke

τmax

≈ 35 mm) gefertigt werden und für p

zul

der mittlere Wert genommen wird.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
13. Kupplungen und Bremsen

Wie groß ist das Trägheitsmoment der Baugruppe „Schleifspindel mit Schleifkörper und Keilriemenscheibe‘‘, wenn für den Schleifkörper (Scheibe und Aufspannung) J ≈ 4,7 kg m

2

und für die Keilriemenscheibe J ≈ 0,07 kg m

2

ermittelt wurden?.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
14. Wälzlager

Für die Lagerung der Welle eines Universalgetriebes, die mit einer Drehzahl n = 1000 min

.-1

umläuft, ist ein Rillenkugellager DIN 625 der Reihe 63 vorgesehen, das eine radiale Lagerkraft F

r

= 4 kN und eine Axialkraft F

a

= 2,2 kN aufnehmen soll.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
15. Gleitlager

Für ein Schmieröl der Viskositätsklasse ISO VG 68 DIN 51519 entsprechend VI50 und einer mittleren Dichte ϱ = 900 kg/m

3

sollen ν

20

, ν

40

in mm

2

/s und η

50

, η

100

in mPa s durch Ablesung bzw. genauere Berechnung (auf eine Kommastelle) ermittelt werden.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
16. Riemengetriebe

Für ein offenes Riemengetriebe mit dem Wellenabstand e sind für die Scheibendurchmesser d

1

= d

2

und d

1

d

2

Gleichungen aufzustellen zur rechnerischen Ermittlung.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
17. Kettengetriebe

Das Kettenrad aus EN-GJL-250 mit einseitiger Nabe (Maßbild) und einer Zähnezahl z = 38 ist für ein Kettengetriebe mit einer Rollenkette DIN 8187 –– 24B–– 1 ,120 auszulegen.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
18. Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

Ein zwischen zwei Festpunkten starr eingespanntes Rohr-139,7×4––EN 10216-1 ––P235TR1 wird bei 20 °C Umgebungstemperatur eingebaut. Im Betrieb wird die Rohrwand bis auf 80 °C erwärmt.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
20. Zahnräder und Zahnradgetriebe (Grundlagen)

Ein Elektromotor mit der Nennleistung

P

= 4 kW bei

n

1

= 910 min

.-1

treibt ein zweistufiges Null-Getriebe mit Geradstirnradpaaren (i

1

= 3,5, i

2

= 3,1) an.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
21. Außenverzahnte Stirnräder

Ein geradverzahntes Stirnrad hat als Nullrad 30 Zähne. Für das Werkzeug-Bezugsprofil DIN 3972 –– II×5 (m=5 mm) sind zu berechnen:

a)

die Teil-, Grund-, Kopf- und Fußkreisdurchmesser,

b)

die Zahnkopf-, Zahnfuß- und Zahnhöhe,

c)

die Teilkreis-, Grundkreis- bzw. Eingriffsteilung sowie das Nennmaß der Zahndicke und der Zahnlücke.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
22. Kegelräder und Kegelradgetriebe

Für ein geradverzahntes Kegelrad-Nullgetriebe mit dem Achsenwinkel S = 75°, der Ritzelzähnezahl

z

1

= 22, der ubersetzung

i

= 1,5 und dem (äußeren) Modul

m

e

=

m

= 3,5 mm sind für Ritzel und Rad zu ermitteln.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
23. Schraubrad- und Schneckengetriebe

Für ein Schraubradgetriebe mit der Übersetzung i = 2, dem Achsenwinkel Σ = 90°, dem Modul

m

n

= 5 mm, der Zähnezahl

z

1

= 16 und dem Schrä- gungswinkel β

1

= 50° sind zu berechnen und festzulegen:

a)

die Zähnezahl

z

2

,

b)

die Teilkreis- und Kopfkreisdurchmesser

d

1, 2

und d

a1, 2

sowie die Radbreite

b

1

=

b

2

,

c)

der Achsabstand a.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek

Lösungshinweise

1. Konstruktive Grundlagen, Normzahlen

Siehe Lehrbuch 1.3.2 abgeleitete Reihe Rr/p mit jedem

p

-ten Glied nach TB 1-16; der Stufensprung ergibt sich rechnerisch q

r/p

= q

p

r

für die Grundreihe Rr bzw. wenn das Verhältnis einer beliebigen NZ der Reihe zu ihrer vorhergehenden NZ gebildet wird (q

r/p

stets NZ).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
2. Toleranzen, Passungen, Oberflächenbeschaffenheit

Passungsauswahl nach Lehrbuch 2.2.3 mit Bild 2-10. Aufgrund der beschriebenen Anforderungen erfolgt die Auswahl einer geeigneten Passung am besten nach Lehrbuch TB 2-9: Anwendungsbeispiele für Passungen.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
3. Festigkeitsberechnung

Die Normwerte sind aus TB 1-1 zu entnehmen und mit Gl. (3.7) auf die Bauteilgröße umzurechnen. Die Fließgrenzen

σbF

und

τtF

werden nach Legende zu Bild 3-14 berechnet. Hierbei ist zu beachten, dass

σbF

und

τtF

ertragbare Zug- bzw. Druckspannungen am Bauteilrand sind, die nur infolge der Stützwirkung über

R

e

bzw.

τtF

liegen (am Rand werden plastische Verformungen zugelassen). Mit zunehmendem Bauteildurchmesser nimmt die Stützwirkung ab (kleineres Spannungsgefälle), damit nähern sich die Fließgrenzen von Biegung und Torsion denen von Zug bzw. Schub, d. h. die berechneten Werte für

d

= 150 mm sind etwas zu groß (genauere Berechnung über die Stützwirkung). Die Gestaltwechselfestigkeiten

σbW

und

τtW

sind mit Gl. (3.9a) und Gl. (3.17) zu bestimmen. Der Konstruktionsfaktor K

D

nach Bild 3-27 reduziert sich zu K

D

= 1/Kg nach TB 3-11c.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
4. Tribologie

Siehe Lehrbuch 4.3 und Gl. (4.3) einschließlich der zugehörigen Hinweise.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
5. Kleb- und Lötverbindungen

Unter Bindefestigkeit ist das Verhältnis der Bruchlast zur Klebfugenfläche bei zügiger Belastung (Zug-Scherbeanspruchung) zu verstehen (s. Lehrbuch 5.1.3-1).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
6. Schweißverbindungen

Der Spannungsnachweis ist getrennt für das Bauteil (Flachstab) und die Schweißnaht zu führen, s. Lehrbuch 6.3.1–3.2 und 6.3.1–4.2 mit Gln. (6.1) und (6.18). Für die auf der ganzen Länge vollwertige Stumpfnaht gilt: rechnerische Nahtdicke

a

= Bauteildicke

t

, Nahtlänge

l

= Bauteilbreite

b

. Angaben in der Gabel des Bezugszeichens s. Lehrbuch 6.2.4-5.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
7. Nietverbindungen

a)

Bei Blechen wird der Rohnietdurchmesser in Abhängigkeit der kleinsten zu verbindenden Blechdicke nach den Richtwerten in TB 7-4 oder nach der Näherungsformel (7.1) gewählt, s. Lehrbuch 7.5.3-1. Danach Berechnung der Rohnietlänge nach Gl. (7.2), Lehrbuch.

b)

Siehe Lehrbuch 7.2.3. Mit der Werkstoffangabe „St“ gilt nach der Produktnorm (DIN 124) ein Nietwerkstoff mit R

mmin

= 290 N=mm

2

. DIN 18800-1 verweist auf die Produktnorm (bisher Werkstoffe mit R

mmin

= 330 bzw. 370 N/mm

2

).

c)

Unter Beachtung der Schnittigkeit lässt sich die übertragbare Kraft eines Niets aus den nach F umgeformten Bemessungsgleichungen berechnen, s. Lehrbuch 7.5.3-3. Maßgebend ist die kleinere Kraft. Mithilfe der Grenzblechdicke

t

lim

kann die maßgebende Beanspruchungsart unmittelbar bestimmt werden, s. Lehrbuch 7.5.3-4 mit TB 7-4.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
8. Schraubenverbindungen

Die nicht vorgespannte, ruhend belastete Schraube, wird mit der Sicherheit S gegen die Streckgrenze

R

eL

bemessen, s. Lehrbuch 8.3.9-1.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
9. Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente

a) Berechnung als Bolzenverbindung mit nicht gleitenden Flächen nach Lehrbuch 9.2.2. Da bei den üblichen Abmessungen meist die Biegebeanspruchung maßgebend ist, wird die zulässige Spannkraft F

A

zweckmäßigerweise durch Umformen der Gl. (9.2) ermittelt: F

A

= 0,1 - 8 – σ

b zul

- d

3

/(K

A

-

t

S

). Die Gelenkverbindung muss mit der so ermittelten Spannkraft (Stangenkraft) noch auf Flächenpressung und Schub geprüft werden.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
10. Elastische Federn

a)

Siehe Lehrbuch 10.3.1, Angabe zu Bild 10-6,

L

1

= t/2 + 15 b + 14 t + t/2.

b)

Beachte Angabe unter Bild 10-6.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
11. Achsen, Wellen und Zapfen

Siehe Abschnitt 11.2.2-2 „Darstellung der M- und der F

q

-Fläche‘‘. Wo ist der gefährdete Querschnitt und welche Beanspruchung tritt hier auf? Bei Vernachlässigung der Schubbeanspruchung wird die Achse nur auf Biegung beansprucht. Der für die Festigkeitsberechnung maßgebende Lastfall ist somit der Lastfall der Biegung.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
12. Elemente zum Verbinden von Wellen und Naben

Lösungshinweise:

a)

Zunächst ist die Passfederlänge konstruktiv festzulegen. Damit die Passfeder nicht übersteht (Verletzungsgefahr) wird nach TB 12-2a

l

= 80 mm gewählt. Die auftretende Flächenpressung in der Nabe (i. R. schwächstes Bauteil), Welle und Passfeder nach Lehrbuch 12.2.1-2, Gl. (12.1), ist der zulässigen nach TB 12-1b gegenüberzustellen. Beachte, dass die Rohteildicke über den Größeneinflussfaktor K

t

nach TB 3-11a bzw. b Einfluss auf die Werkstoff-Streckgrenze hat (

R

e

=

R

eN

- K

t

nach Gl. (3.7)), wobei der gleichwertige Durchmesser d nach TB 3-11e zu ermitteln ist, z. B. für die Passfeder nach der letzten Spalte.

b)

Bei der Flächenpressung ist der Lastverteilungsfaktor Kλ für Naben der Form c, s. Bild 12-4 in Lehrbuch 12.2.1-1, nach TB 12-2c zu berücksichtigen, bei der zulässigen Flächenpressung der Stützfaktor

f

S

und der Härteeinflussfaktor f

H

nach TB 12-2d.

c)

Für die Wahl der ISO-Toleranzen s. Lehrbuch 2.2.3 und TB 12-2b.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
13. Kupplungen und Bremsen

Für aus einfachen Teilkörpern zusammengesetzte Werkstücke, wie diese mehrfach abgesetzte Spindel, erhält man das Trägheitsmoment

J

des ganzen Körpers als Summe der auf dieselbe Achse bezogenen Trägheitsmomente

J

1

,

J

2

usw. der Teilkörper, also J = J

1

+ J

2

+ J

3

+ J

4

+ J

5

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
14. Wälzlager

C

erf

mit Gl. (14.5a) nach Lehrbuch 14.3.2-2 durch Umstellung nach C berechnen und hierin

P

=

F

r

setzen, mit

X

= 1 nach TB 14-3a. Aus TB 14-2 bzw. Katalog Lager mit

C

>

C

erf

auswählen, Hauptabmessungen aus TB 14-1 entnehmen (Maßreihen s. Lehrbuch 14.1.4-5).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
15. Gleitlager

Siehe TB 15-9; beachte 1 Ns/m

2

= 1 Pa s und 1 mPa s = 10.

-3

Pa s; vgl. Lehrbuch 15.1.4, Schmierstoffeinflüsse, η = ϱ ν mit η nach Gl. (15.2).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
16. Riemengetriebe

Lösung der Aufgabe erfolgt anhand einer Arbeitsskizze (s. u. Ergebnisse 16.1).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
17. Kettengetriebe

a)

Die Profilabmessungen der Kettenräder für Rollenketten nach DIN 8187 sind genormt nach DIN 8196-1, s. Lehrbuch 17.2.1.

b)

Für die Nabenabmessungen sind die Erfahrungswerte nach TB 12-1a zugrundezulegen unter Berücksichtigung der nach DIN 748 vorgegebenen Wellenzapfenlänge. Für die vorgesehene Befestigungsart muss die Nabenlänge L >

l

(l Zapfenlänge) ausgeführt werden. Toleranzklasse für die Nabenbohrung nach TB 12-2b1 festlegen.

c)

Passfederabmessungen nach DIN 6885; s. TB 12-2a; Toleranzklasse für die Nutbreite s. TB 12-2b2.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
18. Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

a)

Berechnung der Rohrlängskraft nach Lehrbuch 18.3.3, Gl. (18.1).

b)

Wandtemperatur aus Einbautemperatur + Δϑ, mit Δϑ aus der Beziehung σϑ = E a - Δϑ =

R

e

, nach Lehrbuch 18.3.3.

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
20. Zahnräder und Zahnradgetriebe (Grundlagen)

a)

Die Gesamtübersetzung allgemein

i

ges

= i

1

-

i

2

…..

i

n

b)

die Abtriebsdrehzahl aus

n

ab

= n

an

/

i

ges

mit

i

ges

=

i

1

-

i

2

c)

das am Abtrieb zu erwartende Drehmoment wird gegenüber dem Antriebsmoment entsprechend der pbersetzung größer sein. Geringe Verluste werden durch den Wirkungsgrad h berücksichtigt. Allgemein errechnet sich das Drehmoment T aus der Grundgleichung

P

=

T

- 2 - л

n

und das Abtriebsmoment aus T

ab

=

T

an

i

ges

η

.

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21. Außenverzahnte Stirnräder

a)

Teilkreisdurchmesser aus Gl. (21.1) d =

z

m, Grundkreisdurchmesser aus Gl. (21.2)

d

b

=

d

cos α =

z

m cos α, Kopfkreisdurchmesser aus Gl. (21.6) d

a1,2

=m (

z

1,2

+ 2), Fußkreisdurchmesser aus Gl. (21.7)

d

fl,2

=

m

(z

1,2

- 2,5); Zahnhöhe h=0,5 - (d

a

. d

f

).

b)

Zahnkopfhöhe h

a

= m Zahnfußhöhe h

f

= 1,25 - m (durch das Bezugsprofil festgelegt).

c)

Teilkreisteilung aus Gl. (21.1) p = m л, die Grundkreisteilung aus Gl. (21.3) p

b

= p

e

= (d

b

- л)/z = p - cos α ; das Nennmaß der Zahndicke = Nennmaß der Zahnlücke auf dem Teilkreis gemessen gleich Nennmaß der Zahnlücke aus s = e = p/2 (siehe zu Gl. (21.1)).

.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
22. Kegelräder, Kegelradgetriebe
Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
23. Schraubrad- und Schneckengetriebe

Die Radabmessungen der Schraubräder werden teilweise wie die der Schrägstirnräder bestimmt.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek

Ergebnisse und ausführliche Lösungswege

1. Konstruktive Grundlagen, Normzahlen

a)

140 200 280 400 560 800 1120 1600; q

20/3

= 1,12

3

≈1,4

b)

200 315 500 800 1250 2000; q

10/2

= 1,25

2

≈ 1,6

c)

0,16 1,0 6,3 40 250; q

5/4

= 1,6

4

≈ 6,3

d)

11,8 14 17 20 23,6 28; q

40/3

= 1,06

3

≈ 1,18

e)

1600 1250 1000 800 630 500; q

20/-2

= 1/1,12

2

= 1/1,25 = 0,8

e)

400 200 100 50; q

10/-3

= 1/1,25

3

= 0,5

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2. Toleranzen, Passungen, Oberflächenbeschaffenheit

a) H7/r6, b) H7/k6, c) H7/n6, d) H7/h6

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
3. Festigkeitsberechnung

Spannungswerte in N/mm

2

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
4. Tribologie

λ = 1,4 (

R

a

= 1,75 μm), d. h. im Kontakt liegt der Zustand der Mischreibung vor (beide Bauteile werden nicht vollständig durch den Schmierfilm getrennt, in Teilbereichen berühren sich die Oberflächenrauheiten).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
5. Kleb-und Lötverbindungen

τ

KB

= 26 N/mm

2

(

A

K

≈ 200 mm

2

).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
6. Schweißverbindungen

Bauteil: σ

z

= 195 N/mm

2

σ

zzul

= 218 N/mm

2

(

A

= 80 mm 4 8 mm=640 mm

2

). Schweißnaht: σ

= 195 N/mm

2

< σ

wzul

= 207 N/mm

2

(

A

w = 640 mm

2

; σ

wzul

= 207 N/mm

2

, da Güte der Stumpfnaht nicht nachgewiesen).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
7. Nietverbindungen
Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
8. Schraubenverbindungen

Augenschraube DIN 444––BM16*

l

–– 5.6 (A

s

= 157 mm

2

> 117 mm

2

, σ

z zul

= 240 N/mm

2

,

R

el

= 300 N/mm

2

,

S

= 1,25; für die Schraubenbezeichnung Produktklasse B (Form B) angenommen).

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
9. Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente

a)

F

Amax

= 7,9 kN (σb zul = 0,2 4 400 N/mm

2

= 80 N/mm

2

,

R

m

≈ 400 N/mm2 für ungehä rteten Normstift, τ

max

= 46 N/mm

2

< τ

a zul

= 0,15 4 400 N/mm

2

= 60 N/mm

2

,

p

= 47 N/mm

2

<

p

zul

= 0,25 4 360 N/mm

2

= 90 N/mm

2

,

K

A

= 1,0,

A

S

= 113 mm

2

,

A

proj

≈ 12 mm 14 mm = 168 mm

2

).

b)

σ

b

= 48 N/mm

2

< σ

b zul

= 80 N/mm

2

, τ

max

= 37 N/mm

2

< τ

a zul

= 60 N/mm

2

,

p

= 66N/mm

2

< 0,25 4 360 N/mm

2

= 90 N/mm

2

(

F

B

= 11,17 kN,

A

S

= 201 mm

2

,

A

proj

= 2 16 mm 7mm = 224 mm

2

,

K

A

= 1,0, S235JR :

R

mN

= 360 N/mm

2

,

K

t

= 1,0). Das Gelenk B ist für die vorgesehene Spannkraft

F

A

ausreichend bemessen.

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10. Elastische Federn

a)

L

1

= 502,5 mm (

t

= 1,5 mm)

b)

s

= 9,5 mm

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11. Achsen, Wellen und Zapfen

Die in den Lagern

A

und

B

drehbar gelagerte Achse läuft um und wird somit bei konstanter Richtung der Kraft

F

W

wechselnd auf Biegung (s. M-Verlauf) und Schub (s. F

q

-Verlauf) beansprucht; im gefährdeten Querschnitt wirkt die Schubkraft

F

q

=

F

A

und das innere Biegemoment M =

F

A

a. Die Schubbeanspruchung ist meist vernachlä ssigbar gering. Die Biegung folgt bei umlaufenden Achsen i. Allg. dem Fall III –– wechselnd. Für die Festigkeitsberechnung ist die Gestaltwechselfestigkeit maßgebend.

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11. Elemente zum Verbinden von Wellen und Naben
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13. Kupplungen und Bremsen
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14. Wälzlager
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15. Gleitlager

ν

20

≈ 225 mm

2

/s (η

20

≈ 203 mPa s), η

40

≈ 68 mm

2

/s (η

40

≈ 61 mPa s), ν 50 ≈ 38 mPa s (η

50

≈ 42 mm

2

/s), ν

100

≈ 7,3 mPa s (η

100

≈ 8,2 mm

2

/s).

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16. Riemengetriebe

a)

β1(=β

k

) = 2 arccos [(

d

2

-

d

1

)/

2e

], siehe Lehrbuch Gl. (16.24);

b.

L

=

2e

sin (β

1

/2) + л(

d

2

+

d

1

)/2+ л [1 -(β

1

/180)] (

d

2

-

d

1

)/2.

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17. Kettengetriebe

a)

p

= 38,1 mm; t = 9,47°;

d

= 461,37 mm;

d

f

= 435,97 mm; (d′

1

= 25,4 mm);

d

a

= 480 mm;

d

s

= 415 mm mit

F

= 23 mm und

r

4

= 2 mm; (

r

4

= 0,4…2,5 mm);

b)

D

= 110 mm;

L

= 112 mm; H7 für

d

1

(

D

= 110…121 mm;

L

= 88…115 mm, ausgeführt

L

=

l

+2 mm).

c)

Passfeder DIN 6885–A16 * 10 * 100;

t

2

= 4,3 mm,

b

= 16JS9.

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18. Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)
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20. Zahnräder und Zahnradgetriebe

a)

Gesamtübersetzung

i

ges

= 10,85

b)

Abtriebsdrehzahl

n

ab

= 83,87 min

-1

;

c)

Abtriebsmoment

T

ab

= 419 Nm

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21. Außenverzahnte Stirnräder
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22. Kegelräder, Kegelradgetriebe
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23. Schraubrad-und Schneckengetriebe

a)

z

2

= 32, β

2

= 40,;

b)

d

1

= 124,46 mm,

d

2

= 208,87 mm,

d

a1

= 134,46 mm,

d

a2

= 218,87 mm,

b

1

=

b

2

= 50 mm;

c)

a

= 166,66 mm.

Herbert Wittel, Dieter Muhs, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek
Backmatter
Metadata
Title
Roloff/Matek Maschinenelemente Aufgabensammlung
Authors
Herbert Wittel
Dieter Muhs
Dieter Jannasch
Joachim Voßiek
Copyright Year
2010
Publisher
Vieweg+Teubner
Electronic ISBN
978-3-8348-9743-5
Print ISBN
978-3-8348-1259-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9743-5

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