WS19120 Aufgabensammlung PDF

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MG 1. Übungsaufgaben in Klausurform...

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Maschinengestaltung I 10. Oktober 1870

Matrikelnummer

Vor- und Zuname Unterschrift Klausurteilnahme

Durch meine Unterschrift bestätige ich, dass ich mich gesundheitlich in der Lage fühle, an dieser Prüfung teilzunehmen.

Studiengang: Versuch:

Details

Hörsaal:

Nr.

Punkte

Max

1

10

2

10

3

10

4

10

5

10

6

10

Σ

60

Sign.

Bewertung

Note Bonus

6

ΣΣ

Diese Aufgabensammlung stellt eine Zusammenstellung an möglichen Themen für die Prüfung dar. Sie soll lediglich eine Orientierung bieten, wie die Aufgaben in der Prüfung konzeptioniert sein könnten. Die Prüfung Maschinengestaltung I umfasst 60 Punkte.

Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Jacobs

Aufgabensammlung Maschinengestaltung I, Wintersemester 2019/20

Aufgabe 1

/ 30 Punkten

Gegeben ist das System „Plattenspieler“, siehe Abbildung 1. Dieser Apparat dient dazu, eine Schallplatte mit eingravierten Toninformationen abzuspielen, indem sie auf das Gerät aufgelegt und nach Drücken einer „An“-Taste durch einen elektrischen Motor in Rotation versetzt wird. Eine Nadel, die an einem gelagerten Arm befestigt ist, wird nun aufgesetzt und tastet die Tonspur ab. Das abgetastete Signal wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und kann mit einem entsprechenden Stecker beispielsweise an einen Verstärker weitergeleitet werden.

(Quelle: commons.wikimedia.org, 32bitmaschine)

Abbildung 1: Das System „Plattenspieler“

a) Ist die Bezeichnung „Apparat“ für dieses System treffend? Umkreisen Sie die richtige Antwort und begründen Sie Ihre Antwort anhand des Hauptflusses. Nennen Sie ggf. einen geeigneteren Begriff für das beschriebene System. [3 P] Bezeichnung „Apparat“ treffend?

Ja / Nein , besser: ________________

A B C

Begründung: ___________________________________________________ ______________________________________________________________

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Aufgabensammlung Maschinengestaltung I, Wintersemester 2019/20

b) Ergänzen Sie die Funktionsstruktur des Plattenspielers in Abbildung 2 gemäß der einleitenden Beschreibung. Beschriften Sie dazu zunächst die Eingänge des Systems und vervollständigen Sie anschließend die Funktionsstruktur durch Einsetzen von jeweils einer der folgenden Teilfunktionen: [6 P] - Energie leiten

- Energie speichern

- Signal wandeln

- Schallplatte reinigen

- Schallplatte in Bewegung versetzen

Abbildung 2: Unvollständige Funktionsstruktur des Systems „Plattenspieler“

Gegeben ist das System „Flaschenöffner“, mit dem ein Nutzer eine mit einem Kronkorken verschlossene Flasche öffnen kann, siehe Abbildung 3.

D

(Quelle: commons.wikimedia.org, WFinch)

E F G H I Abbildung 3: Das System „Flaschenöffner“ J

c) Welche Schlussart nutzt dieses System, um einen Kronkorken von einer Flasche zu hebeln? [1 P] ____________________________________________________________

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Aufgabensammlung Maschinengestaltung I, Wintersemester 2019/20

d) Kennzeichnen Sie in Abbildung 3 die zur Erfüllung der Hauptfunktion des Flaschenöffners wichtigen Wirkflächen und zeichnen Sie einen beispielhaften Kraftfluss ein. [4 P] Gegeben ist ein manuelles Handrührgerät, wie es zum Mischen von Backzutaten genutzt werden kann, siehe Abbildung 4. Z1

Z2

(Quelle: commons.wikimedia.org, Berthold Werner)

Abbildung 4: Manuelles Handrührgerät

e) Nutzt das System aus Abbildung 4 ein gleichförmig übersetzendes oder ein ungleichförmig übersetzendes Getriebe? [1 P] ______________________________________________________________ f) Welche Zahnradgetriebeform ist anscheinend in dem System verbaut? Gehen Sie davon aus, dass sich die Achsen jeweils schneiden. [1 P] ______________________________________________________________ g) Sie vermessen das große Antriebsrad und finden heraus, dass dessen Teilkreisdurchmesser d1 = 60 mm beträgt und es 80 Zähne hat. Ebenfalls

K L M N

O

P

bemerken Sie, dass die kleinen Zahnräder sich genau 5 mal drehen, wenn das große Zahnrad eine volle Umdrehung absolviert. Ergänzen Sie die folgenden Angaben. [4 P]

Q R

Gesamtübersetzung iges = _____________ Zähnezahl z2 = _______________ Teilkreisdurchmesser d2 = _____________ Modul m = __________________

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S T

Aufgabensammlung Maschinengestaltung I, Wintersemester 2019/20

Gegeben ist die schematische Darstellung einer Lagerung, siehe Abbildung 5. Rillenkugellager

le

Gehäuse

Abbildung 5: Schematische Darstellung einer Lagerung

h) Wie heißt die Lagerungsart, die in Abbildung 5 dargestellt ist? Für welche Verzahnungsart ist diese Lagerungsart besonders relevant? Begründen Sie Ihre Antwort. [3 P]

U V

Lagerungsart: __________________________________________________ Besonders relevant für (Verzahnungsart): ____________________________ Begründung: ___________________________________________________ ______________________________________________________________

W

X Y

i) Kennzeichnen Sie alle an der Übertragung der eingezeichneten Radialkraft beteiligten Wirkflächen in die Abbildung 5 ein und ergänzen Sie einen beispielhaften Kraftfluss. [5 P]

Z AA BB

j) Mit welchem in der Vorlesung kennengelernten Maschinenelement könnte die Lagerung in Abbildung 5 zu einer Fest-Los-Lagerung umgestaltet werden, wenn dabei die Wellenabsätze in Durchmesser und Länge erhalten bleiben sollen? Beschreiben Sie Ihre Lösung knapp. [2 P] ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Jacobs

CC DD

Aufgabensammlung Maschinengestaltung I, Wintersemester 2019/20

Aufgabe 2

/ 10 Punkten

Gegeben sind eine isometrische Ansicht und eine Ansicht in der 3-Tafel-Projektion. Ergänzen Sie maßstabsgetreu die fehlenden Ansichten.

A B C D E F G H I J

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Aufgabensammlung Maschinengestaltung I, Wintersemester 2019/20

Aufgabe 3

/ 10 Punkten

a) Welche zwei Bemaßungsarten kennen sie neben der fertigungsgerechten Bemaßung noch? [2 P] __________________________________________________________________ b) Bemaßen Sie das in zwei Ansichten dargestellte Bauteil fertigungsgerecht. Auf korrekte Zahlenwerte kommt es hier nicht an. [8 P]

A B

C D E F G H I J

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Aufgabensammlung Maschinengestaltung I, Wintersemester 2019/20

Aufgabe 4

/ 10 Punkten

Gegeben sind die Draufsicht sowie eine nichtmaßstäbliche 3D-Ansicht eines Bauteils. Zeichnen Sie die Vorderansicht als abgeknickten Schnitt, so dass in diesem die Rippe und ein Langloch vollständig dargestellt werden. Kennzeichnen Sie den Schnittverlauf in der Draufsicht. Die zentrale Gewindebohrung ist mit Sackloch ausgeführt und weist eine nutzbare Gewindelänge von 25 mm auf. Achten Sie auf eine normgerechte Darstellung.

A B C D E F G H I J

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Aufgabe 5

/ 10 Punkten

Eine Stange soll über ein Handrad in Rotation versetzt werden können. Das Handrad ist zunächst über eine zentrale M16x60 Zylinderschraube mit Innensechskant an der Stange montiert. Da sich die Schraube durch Betätigung des Handrads lösen kann, wird zudem exzentrisch ein Zylinderstift Ø12x60 eingebracht. Stellen Sie sowohl Stange als auch Handrad so im Schnitt dar, dass Schraube und Stift vollständig sichtbar sind. Der Schraubenkopf ist im Handrad versenkt. Achten Sie auf eine einfache Montage und führen Sie die Bohrungen als Sacklöcher aus.

A B C D E F G H I J

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Aufgabensammlung Maschinengestaltung I, Wintersemester 2019/20

Aufgabe 6

/ 10 Punkten

a) Vervollständigen Sie die untere Darstellung. Ergänzen Sie dafür eine Passfeder und einen Sicherungsring, so dass sich eine Welle-NabeVerbindung ergibt. Achten Sie auf eine normgerechte Darstellung. [5 P]

A B C D E

F

b) Benennen Sie die Schlussart der dargestellten Welle-Nabe-Verbindung. [1 P] ______________________________________________________________ c) Nennen Sie eine weitere Schlussart, die Sie in der Vorlesung kennen gelernt haben und geben Sie ein Beispiel. [2 P] ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Jacobs

G H

I J

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d) Benennen Sie die im Folgenden schematisch dargestellten Welle-NabeVerbindungen korrekt. [2 P]

________________________________

______________________________

Aufgabe 7

/ 10 Punkten

a) Bestimmen Sie für die folgende Passung die Abmaße der ISO-Toleranzen und berechnen Sie die Grenzwerte. Verwenden Sie hierzu den beigefügten Passungshandzettel. [4 P]

A B C D

E

b) Geben Sie die Art der oben genannten Passung an. [1 P] ______________________________________________________________

F

c) Nennen Sie eine weitere Art von Passungen, die Sie in der Vorlesung kennen gelernt haben. [1 P]

G

______________________________________________________________

H I J

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d) Auf eine Welle mit einem Außendurchmesser von 125 mm soll eine Riemenscheibe mit einer Übermaßpassung befestigt werden. Damit sich die Riemenscheibe noch montieren lässt, darf das maximale Übermaß höchstens 99 µm betragen. Berechnungen haben ergeben, dass ein minimales Übermaß von 17 µm erforderlich ist, um das Drehmoment sicher übertragen zu können. Bestimmen Sie eine geeignete Passung mit Hilfe der Passungsauswahl nach DIN 7157-1, siehe beigefügtem Passungshandzettel. [4 P]

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Aufgabe 8

/ 10 Punkten

Ihnen ist die unten dargestellte unvollständige Zeichnung einer Lageranordnung gegeben. a) Vervollständigen Sie die Zeichnung so, dass sich eine Fest-Los-Lagerung ergibt. Hierfür stehen Ihnen die beiden abgebildeten Lagertypen jeweils genau einmal zur Verfügung. Das Loslager soll auf der rechten Seite realisiert werden. Als zusätzliche Teile stehen Ihnen maximal vier Sicherungsringe zur Verfügung. [8 P]

A B C D E F G H

b) Nennen Sie neben der Fest-Los-Lagerung zwei weitere

Lagerungsanordnungen, die Sie in der Vorlesung kennen gelernt haben. [2 P] ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

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I J

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Aufgabe 9

/ 10 Punkten

Gegeben ist ein maßstäblicher unvollständiger Plan für ein zweistufiges Getriebe mit einer Gesamtübersetzung von „ungefähr“ 9 (iges ≈ 9). Es handelt sich um ein sogenanntes Koaxialgetriebe, was bedeutet, dass Ein- und Ausgangswelle auf der gleichen Achse liegen.

A B

C D

a) Welches ist die Ein- bzw. Ausgangswelle? Ergänzen Sie die Beschriftungen der Wellenenden in der Abbildung entsprechend und begründen Sie Ihre Entscheidung. [2 P] Begründung: ___________________________________________________ ______________________________________________________________

E F

G H

Gegeben ist der Achsabstand A = 89 mm, der Modul mI = mII = 2 mm und die Zähnezahl des Ritzels der 1. Stufe z1 = 21. b) Berechnen Sie z2 und die Übersetzung der ersten Stufe. [2 P] ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Jacobs

I J

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c) Inwiefern sind die Zähnezahlen der ersten Stufe günstig? [2 P] ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ d) Zeichnen Sie alle 4 Zahnräder normgerecht und ungeschnitten in den Getriebeplan ein. Alle Maße, auch die Maße aller Teilkreisdurchmesser, dürfen grob geschätzt werden. [4 P]

Aufgabe 10

/ 10 Punkten

Nachdem Sie mit ihrem Pocketbike eine Rundreise durch Europa gemacht haben, entdecken Sie bei der Wartung Abnutzungsstellen an den Wellenabsätzen der Dichtung. Verschmutzung hat sich am RWDR-Dichtfläche festgesetzt und erzeugt abrasiven Verschleiß. Mit einem Tastschnittgerät ermitteln Sie folgenden Messschrieb:

A

B C D E

Abbildung 6: Messschrieb

F

a) Benennen Sie die Formel zur Berechnung der gemittelten Rautiefe Rz. [1 P] ______________________________________________________________ b) Berechnen Sie die gemittelte Rautiefe Rz für das gegebene Intervall 1 bis 5. [4 P] ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

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G H

I J

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Gegeben ist die Zeichnung der Welle auf der folgenden Seite. Für die markierte Dichtfläche sind ein Mittenrauwert von 0,8 µm, sowie eine Schleifbearbeitung vorgesehen. c) Tragen Sie die Oberflächenangaben normgerecht nach DIN EN ISO 1302 an der richtigen Stelle in der nachfolgenden Zeichnung ein. Ergänzen Sie die Oberflächenangabe für das Freimaß, für das eine materialabtragende Bearbeitung nicht zugelassen ist. Geben Sie für sämtliche weitere Wellenabsätze einen Mittenrauwert von 3,2 an. [3 P] d) Ergänzen Sie die Kantenzustände nach DIN ISO 13715. Definieren Sie gratfreie Außenkanten, ein Abtragen bis 0,5 mm unter Idealgeometrie ist zulässig und Innenkanten mit einem Übergang von 0,3 mm. [2 P]

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Dichtfläche

Freimaß

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