Aufgabe Vorschlag A - 5.2 · Abitur Hessen Maschinenbautechnik LK 2021

Thema: Dauerfestigkeit von Wellen und Bauteilen · Aus der Prüfung LK (2021)

Aufgabenstellung

Die Schneckenradwelle aus E295 hat ein genormtes Wellenende DIN 748-30 x 80 und überträgt ein Torsionsmoment von Mt=225 NmM_t = 225\text{ Nm} (Material 4 und Material 5). An dieser Stelle hat die Welle eine gemittelte Rautiefe Rz=10 μmR_z = 10\ \mu\text{m}.

Material 4

Schneckenradwelle mit Lagerung, Rillenkugellager DIN 625-6007

Material 5

Wellenenden

Europa-Lehrmittel: Tabellenbuch Metall, Haan-Gruiten: 39. Aufl. 1994

Material 6

Festigkeitskennwerte

Herbert Wittel et al.: Roloff/Matek Maschinenelemente Tabellenbuch (Seite 1-5), Wiesbaden 2011.

Beiwerte zur Überprüfung der Dauerfestigkeit

Oberflächenbeiwert b1b_1

Größenbeiwert b2b_2 für Kreisquerschnitte

Für andere Querschnittsformen kann etwa gesetzt werden:

bei Biegung für Quadrat: Kantenlänge ≈d\approx d; für Rechteck: in Biegeebene liegende Kantenlänge ≈d\approx d

bei Verdrehung für Quadrat und Rechteck: Flächendiagonale ≈d\approx d

Alfred Böge: Technologie/Technik Formelsammlung für Fachgymnasien und Fachoberschulen, Wiesbaden 9. Auflage 2008, S. 21.

5.2 Überprüfen Sie die Dauerfestigkeit für das genormte Wellenende. Berechnen Sie dazu auch die bestehende Sicherheit. [14 BE]

Aufgabenstellung: Aufgabe Vorschlag A - 5.2 · Abitur Hessen Maschinenbautechnik LK 2021

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Polares Widerstandsmoment WpW_p:

Lösung: 5301,4 mm³5301{,}4\text{ mm³}

Vorhandene Torsionsspannung τt vorh\tau_{\text{t vorh}}:

Lösung: 42,4 N/mm²42{,}4\text{ N/mm²}

Oberflächenbeiwert b1b_1:

Lösung: 0,850{,}85

Größenbeiwert b2b_2:

Lösung: 0,730{,}73

Bestehende Sicherheit gegen Dauerbruch SDS_D:

Lösung: 1,761{,}76

Beurteilung der Dauerfestigkeit:

Lösung: Die Welle ist an der Stelle ausreichend dimensioniert (bzw. dauerfest).

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