KONSTRUKTIONSLEHRE Prof. Dr.-Ing. M. Reichle Schraubenverbindungen Aufgaben DHBW STUTTGART Studiengang Mechatronik Blatt 1 1. Semester Bild: Mit Passschrauben befestigter Aufgabe 1: Das im Bild dargestellte Schneckenrad aus GS-CuSn12-C mit Re = 140 N/mm² hat ein schwellendes Drehmoment Mt = 3850 Nm zu übertragen. Es werden 6 Passschrauben DIN 609-M12-5.6 am Felgenkranz aus EN-GJL-200 vorgesehen. Ist die Verbindung ausreichend dimensioniert? Schneckenradkranz Aufgabe 2: Der Zahnkranz eines Kegelrades aus Vergütungsstahl soll nach Bild am Radkörper nach GS-38 mit 12 Sechskantschrauben nach DIN EN ISO 4017 gleitsicher befestigt werden. Für DIN EN ISO 4017 gelten dieselben Abmessungen wie für DIN EN ISO 4014, lediglich das Gewinde geht bis annähernd an den Kopf. Es ist ein schwellendes Drehmoment von Mt = 1150 Nm zu übertragen. Welche Schraubengröße und welche Festigkeitsklasse kommen in Betracht, wenn die Schrauben phosphatiert sein sollen und mit einem Präzisionsdrehschrauber angezogen werden? Bild: Auf einer Felge geschraubtes Kegelrad KONSTRUKTIONSLEHRE Prof. Dr.-Ing. M. Reichle Schraubenverbindungen Aufgaben DHBW STUTTGART Studiengang Mechatronik Blatt 2 1. Semester Aufgabe 3: In einer Presse hat die Spindel aus E335 nach Bild eine Presskraft FA = 100 kN auszuüben. Die Spindel wird über das als Mutter dienende Schneckenrad angetrieben, während die Pressspindel ohne Drehbewegung eine Axialkraft ausführt. Eine zusätzliche Reibung entsteht daher an der Nabenstirnfläche des Schneckenrades, deren Reibmoment überwunden werden soll. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades ist ein dreigängiges Sägengewinde DIN 513 – S 52 x 24P8 vorgesehen. Wegen reichlicher Fettschmierung können μG = μL = 0,08 angenommen werden. Die Knicksicherheit soll mindestens SK = 5 nach Euler bzw. 2 nach Tetmajer betragen. Wie groß ist der Wirkungsgrad η, das Drehmoment MA während des Pressvorganges und der Gesamtwirkungsgrad μges? Bild: Spindel in einer Presse Welches Moment MR muss zu Beginn des Rückhubes aufgebracht werden? Genügen Spindel und Mutter im Dauerbetrieb den Anforderungen an Haltbarkeit und Stabilität? Aufgabe 4: Mit der im Bild dargestellten Anordnung soll die Last F = 10000 N mit der konstanten Hubgeschwindigkeit vH = 2,4 m/min gehoben werden. Es wird a) ein eingängiges Trapezgewinde Tr 20 x 4 und b) ein zweigängiges Trapezgewinde Tr 20 x 8 P4 vorgesehen. Die Reibung in Führung und Wälzlager sei vernachlässigbar. Gesucht sind mit μ ≈ 0,1 (ρ’ = 6°) jeweils für Fall a) und b) 1. das erforderliche Gewindemoment MG, 2. der Wirkungsgrad η, 3. die Spindeldrehzahl n und 4. die erforderliche Antriebleistung Pan. Bild: Bewegungsschraube KONSTRUKTIONSLEHRE Prof. Dr.-Ing. M. Reichle Schraubenverbindungen Aufgaben Blatt 3 DHBW STUTTGART Studiengang Mechatronik 1. Semester Aufgabe 5: Der Deckel eines Druckluftbehälters ist mit 6 Schaftschrauben (i = 6) nach DIN EN ISO 4014 verschraubt. Die Schrauben sind am Umfang des Deckels gleichmäßig angeordnet. Die Montagevorspannkraft wird über ein drehwinkelgesteuertes Anziehverfahren aufgebracht (αA = 1,0). Der maximale Innendruck beträgt pmax = 30 bar und ist schwellend. Die Fläche zwischen den Schraubenköpfen bzw. Muttern und dem Flansch ist planparallel. Der Deckel ist biegesteif. Daten: - Schrauben Werkstoff Stahl E-Modul 210000 N/mm² Festigkeitsklasse 8.8 - Flansch Werkstoff EN-GJL-250 E-Modul 100000 N/mm² - Abmessungen l1 = = l2 lK = DA ≈ 44 16 60 20 mm mm mm mm - Zylinderdurchmesser dZyl. = 150 mm - Gewindereibzahl µG = 0,13 - Kopfauflagereibzahl = 0,17 µK - Dauerfestigkeit des Gewindes σA = 52,5 N/mm² - Krafteinleitungsfaktor n = 0,7 (geschätzt) Die Mehrfachschraubenverbindung bewirkt infolge des nichtzentrischen Kraftangriffes eine exzentrische Belastung der Schrauben (siehe VDI 2230). Es ist eine überschlägige Berechnung als zylindrische Einschraubenverbindung mit zentrischer axialer Belastung durchzuführen. Der Einfluss der Exzentrizität soll durch erhöhte Sicherheitsfaktoren berücksichtigt werden (Forderung: SF > 2,0, SD > 2,0). Die Restklemmkraft darf 7000 N nicht unterschritten werden.