Ein Kessel (siehe Skizze) hängt an einer Konsole. In der waagerechten Rundstahlstrebe aus S235 wirkt durch das konstante Kesselgewicht eine Zugkraft FZ 15 100 N.
a) Nennen Sie den hier auftretenden Belastungsfall.
b) Welche ertragbare Festigkeit σz gilt für Stahl S235?
c) Welche Bruchfestigkeit σB hat S235?
Bei der Sicherheitsberechnung stellen Sie fest, dass SF
in der Rundstahlstrebe kleiner 1 ist und SB bei ca. 1,1
liegt.
Welche Schlussfolgerungen müssen Sie ziehen?
d)Überlegen Sie zwei Möglichkeiten, wie durch technische Maßnahmen eine Erhöhung der Sicherheit in der Rundstahlstrebe erreicht werden kann.
15 Pkt.
2.
Auf ein rotierendes Bauteil (Welle) wirken äußere Kräfte, wie z. B. Umfangs- und Radialkräfte eines Zahnrades. Welche Kräfte müssen bei einer Festigkeitsberechnung neben diesen äußeren Kräften ebenfalls berücksichtigt werden?
10 Pkt.
3.
Bei den Festigkeitsbetrachtungen wird unterschieden:
a)die Umlaufbiegung und
b)die Flachbiegung
Erläutern sie die Unterschiede dieser beiden Arten der Biegung. Welche Schlussfolgerungen kann man aus diesen Biegungsarten auf die Belastungskoeffizienten ziehen?
10 Pkt.
4.
Eine in beide Richtungen rotierende Welle (siehe nachfolgende Abbildung) aus Einsatzstahl 25CrMo4 wird mit Kräften belastet, die in der Welle eine Biegung und eine Torsion hervorrufen. Eine Belastung auf Schub soll vernachlässigt werden.
Bestimmen Sie die Gestaltfestigkeiten an den beiden zu berücksichtigenden Querschnitten.
Nutzen Sie dazu die Vorgehensweise entsprechend Beispiel 3.4.
Berücksichtigen Sie dabei
• den bezüglich der Wellendurchmesser gültigen Größeneinflussfaktoren
• eine Oberflächenrauheit von 25 μm der gesamten Welle und die
• Kerbwirkungen auf Grund des Wellenabsatzes (Querschnitt 2) und der Passfedernut (Querschnitt 1)
Bestimmen Sie nacheinander:
a)die Belastungskoeffizienten für Biegung und Torsion
(Nennen Sie die Belastungsmodelle, um die es sich bei der Torsion und bei der Biegung handelt.)
10 Pkt.
b)die zu berücksichtigenden Dauerfestigkeiten in Abhängigkeit des Belastungskoeffizienten
10 Pkt.
c)die Ausschlagfestigkeiten (die auf Grund des Belastungskoeffizienten wirkenden Dauerfestigkeiten)
5 Pkt.
d)die Größeneinflussfaktoren je Querschnitt
10 Pkt.
e)die einzelnen Kerbwirkungszahlen je Querschnitt
10 Pkt.
f)die Gesamtkerbwirkungszahl je Querschnitt
5 Pkt.
g)die Gestaltfestigkeiten gegenüber Biegung und Torsion an beiden Querschnitten.
15 Pkt.
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