Achsen und Wellen

Question 1

Unterschied zwischen Achsen und Wellen?

Answer 1

Achsen:

• fest oder umlaufend
• übertragen kein Drehmoment
• auf Biegung beansprucht
• Hauptfunktion: Stützen

Wellen:

• grundsätzlich umlaufend (drehen sich)
• übertragen Drehmoment
• auf Torsion und Biegung beansprucht
• Hauptfunktion: Leiten

Question 2

Was wird bei der Formsteifigkeitsberechnung von Wellen untersucht?

Answer 2

• Durchbiegung (Biegesteifigkeit E*I z. B. wichtig, damit keine zu große Durchbiegung Zahnradeingriff gefährdet)
• Verdrehung (Torsionssteifigkeit z. B. wichtig bei Steuerwellen -> geringe Verdrehung der Steuerwelle, um Steuerbewegung genau zu übertragen)
• Längenänderung (i. d. R. vernachlässigbar) -> wichtig bezüglich Formtoleranzen

Question 3

Was muss bei der Berechnung des Schwingungsverhaltens von Wellen berücksichtigt werden?

Answer 3

• Eigenfrequenz
• Erregerfrequenz
• Resonanz

Question 4

Biegeschwingungen?

Answer 4

• Welle bildet mit aufgesetzten Massen ein schwingungsfähiges System
• Schwerpunkt der umlaufenden Massen liegt aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten nicht exakt auf Biegelinie
• werden durch radiale Fliehkraftimpulse aufgrund von Unwucht angeregt

Question 5

Drehschwingungen?

Answer 5

• Welle wirkt als Drehstabfeder und bildet mit aufgesetzten Massen ein schwingungsfähiges System
• Anregung durch periodisch eingeleitete Drehmomentenstöße

Question 6

Beispiele Führungsgenauigkeit?

Answer 6

• geringe Verdrehung von Steuerwellen, um Steuerbewegung genau zu übertragen
• zu große Durchbiegung gefährdet Zahneingriff

Question 7

Beispiele Anforderungen an die Lager?

Answer 7

• zu große Neigung der Welle z. B. im Gleitlager kann zu erhöhter Kantenpressung führen
• manche Wälzlager sind empfindlich gegen Schiefstellung der Wälzkörper

Question 8

Beispiele Steifigkeit, Schwingungsverhalten?

Answer 8

-geringe Steifigkeit der Welle führt zu niedrigen Eigenfrequenzen

Question 9

Unterkritischer Bereich?

Answer 9

Zunahme des Schwerpunktausschlags (< 1)

Question 10

Resonanz?

Answer 10

Theoretisch unendlich großer Schwerpunktausschlag (= 1)

Question 11

Überkritischer Bereich?

Answer 11

Abnahme des Schwerpunktausschlags (> 1)

Question 12

Gestaltung von Wellen im Hinblick auf das Schwingungsverhalten?

Answer 12

• kritische Drehzahl sollte möglichst hoch sein (min. 10-20% über Betriebsdrehzahl
• kritischen Bereich schnell durchfahren, wenn Betriebsdrehzahl über kritische Drehzahl liegt
• Wellen möglichst steif und massearm (Hohlwelle) gestalten
• Wellen sollten möglichst kurz sein
• umlaufende Scheiben möglichst dicht an den Lagern platzieren (Minimierung der Durchbiegung)
• Auswuchten der Welle, um Exzentrizität zu minimieren

Question 13

Schadensfälle?

Answer 13

• Biegung: Dauerbruch (Querschnitt bricht mit der Zeit immer mehr durch), Gewaltbruch (abruptes Durchbrechen des verbleibenden Querschnitts), Umlauf-Biegedauerbruch
• Torsion: Dauerbruch

Question 14

Festigkeitsuntersuchung bei geometrisch komplexen Körpern?

Answer 14

• Finite-Elemente-Methode (FEM): Körper in viele kleine Quader (finite Elemente) aufteilen -> einfache Geometrie kann gut berechnet werden
• Boundary-Elemente-Methode (BEM): Entlang der Berandung modellieren

Question 15

Warum ist Formsteifigkeit wichtig?

Answer 15

• Führungsgenauigkeit
• Anforderungen an die Lager
• Steifigkeit, Schwingungsverhalten

Question 16

Maßnahmen zur Reduzierung der Durchbiegung?

Answer 16

• kürzere Welle
• größerer Wellendurchmesser (höheres Flächenträgheitsmoment)
• bessere Lagerung
• anderes Material (höherer E-Modul)