Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

Transkript

1 Springer-Lehrbuch

2 Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

3 Horst Haberhauer Ferdinand Bodenstein Masch i nenelemente Gestaltung, Berechnung, Anwendung Elfte, vollständig überarbeitete Auflage mit 516 Abbildungen und 108 Tabellen, Springer

4 Professor Dr.-Ing. Horst Haberhauer Fachhochschule Esslingen Hochschule für Technik Fachbereich Maschinenbau Kanalstraße Esslingen Ferdinand Bodenstein t Die 1. bis 9. Auflage erschien unter dem Titel: TochtermannlBodenstein, Konstruktionselemente des Maschinenbaus Springer- Verlag Berlin Heidelberg ISBN ISBN (ebook) DOI / Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Haberhauer, Horst: Maschinenelemente : Gestaltung, Berechnung, Anwendung/ Horst Haberhauer ; Ferdinand Bodenstein , vollständig überarbeitete Auf!. - Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hongkong; London; Mailand ; Paris; Singapur ; Tokio: Springer, 2001 (Springer-Lehrbuch) NE: Bodenstein, Ferdinand Dieses Werk ist urheberreichtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspf!ichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1905, 1913, 1920, 1922, 1930, 1951, 1956, 1968, 1979, 1996, und 2001 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Softcover reprint of the hardcover 11 th edition 2001 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ilmen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Satz: Fotosatz-Service Köhler GmbH, Würzburg Einband: design & production, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier SPIN:

5 Vorwort zur 11. Auflage Neue Normen und Berechnungsvorschriften erforderten eine überarbeitung der 10. Auflage der Maschinenelemente. So wurden z.b. Werkstoffe und Verbindungselemente auf den neusten Stand der Normung gebracht. Für die Schrauben- (VDI 2230), Passfeder- (DIN 6892) und Wellenberechnung (DIN 743) wurden die aktuellen Berechnungsvorschriften aufgenommen. Auf die FKM -Richtlinie konnte allerdings nicht ausführlich eingegangen werden, da dieses Rechenwerk sehr komplex und auszugsweise oder stark vereinfacht nicht eindeutig darstellbar und damit nicht nachvollziehbar ist. Die Erfahrung zeigt, daß rezepthaftes Anwenden von Detailwissen bei der Lösung ingenieurspezifischer Probleme sehr hinderlich sein kann. Deshalb ist es bei der Erarbeitung eines Wissensgebietes (oder Prüfungsvorbereitung) nicht sinnvoll, sich ausschließlich auf Aufgabenrechnen zu beschränken oder statt einer gründlichen Problemanalyse sofort nach einer Formelsammlung zu greifen. Beispielaufgaben können nur zur Verdeutlichung eines Stoffgebietes verstanden werden und die beste Formelsammlung ist diejenige, die sich Studierende während des Studiums selbst erstellen. Daher wurde versucht, in dem vorliegenden Buch mehr grundlegende Zusammenhänge darzustellen, als Berechnungsvorschriften formalistisch und Rechenwege bis ins Detail abzubilden. Das würde zum einen den Rahmen eines Lehrbuches sprengen und wäre zum anderen aus didaktischer Sicht nicht sehr sinnvoll. Bedanken möchte ich mich ganz herzlich für die zahlreichen Anregungen und Hinweise auf Druckfehler in der 10. Auflage, insbesondere aus meinem Kollegium. Esslingen, im Januar 2001 Horst Haberhauer Wichtiger Hinweis: Auf der Internetseite finden Sie weitere Informationen über das Thema Maschinenelemente (z. B. interessante Links und Aktualisierungen) sowie wertvolle Hilfen und Ergänzungen (wie Formelsammlung und Beispiele) zum Buch. Schauen Sie doch mal rein.

6 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen Definition der Maschinenelemente 1.2 Konstruieren Definition des Begriffs Konstruieren Konstruktionsprozeß Rechnerunterstütztes Konstruieren 1.3 Das Gestalten Funktions- und anforderungsgerechtes Gestalten Beanspruchungsgerechtes Gestalten Festigkeitsgerechtes Gestalten (Dimensionierung) Werkstoff gerechtes Gestalten Herstellgerechtes Gestalten Recyclinggerechtes Gestalten Zeitgerechtes Gestalten (Formschönheit) 1.4 Normung Grundlagen der Normung Normen und ihre rechtliche Bedeutung Normzahlen (NZ) Toleranzen und Passungen Technische Oberflächen Verbindungselemente Schweißverbindungen 68 2.l.l Schweißverfahren Schweißbarkeit Schweißnahtgüte Schweißstoß und Schweißnaht; Zeichnerische Darstellung Berechnen von Schweißverbindungen Gestalten von Schweißverbindungen Lötverbindungen Lote, Lötverfahren und Anwendungen Berechnen von Lötverbindungen Gestalten von Lötverbindungen

7 VIII Inhaltsverzeichnis 2.3 Klebeverbindungen Klebstoffe Berechnen von Klebeverbindungen Gestalten von Klebeverbindungen Reibschlußverbindungen Keilverbindungen Kegelsitz Konische Spannelementverbindungen Verbindungen mit federnden Zwischengliedern Preßverbindungen (Zylindrische Preßverbände) Klemmverbindungen... l Formschlußverbindungen Paß- und Scheibenfederverbindungen Profilwellenverbindungen Bolzen- und Stiftverbindungen Elemente zur axialen Lagesicherung Nietverbindungen Herstellung und Gestaltung von Nietverbindungen Berechnen von Nietverbindungen Schraubenverbindungen Definition der Schraube; Bestimmungsgrößen Gewindearten Genormte Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben Werkstoffe und Festigkeitswerte Berechnen von Schraubenverbindungen Verspannungsschaubild Gewindekräfte und -momente Spannungen in Schraubenverbindungen; Bemessungsgrundlagen Schraubensicherungen Gestalten von Schraubenverbindungen Bewegungsschraube Elastische Verbindungen (Federn) Kennlinie; Arbeit; Dämpfung; allgemeine Dimensionierungsgrundlagen Federschaltungen Metallfedern Gummifedern Dichtungen Dichtungen zwischen ruhenden Bauteilen Unlösbare Dichtungen Bedingt lösbare Dichtungen Lösbare Dichtungen

8 Inhaltsverzeichnis 3.2 Dichtungen zwischen bewegten Bauteilen Berührungsdichtungen Berührungslose Dichtungen Hermetische Dichtungen. IX Elemente der drehenden Bewegung 4.1 Achsen Wellen Bemessung auf Tragfähigkeit Bemessung auf Verformung Dynamisches Verhalten Wellengestaltung Sonderausführungen 4.3 Lager Gleitlager Schmierstoffe: Eigenschaften, Arten und Zuführung Druck-, Geschwindigkeits- und Reibungsverhältnisse im Tragfilm Mischreibung und Übergangsdrehzahl Wellen- und Lagerwerkstoffe Gestaltung Wälzlager Radiallager Axiallager Lagerbezeichnung Lagerberechnung Gestaltung von Wälzlagerungen Kupplungen Starre Kupplungen Bewegliche Kupplungen (Ausgleichskupplungen) Elastische Kupplungen Formschlüssige Schaltkupplungen Fremdbetätigte Schaltkupplungen Momentbetätigte Schaltkupplungen Richtungsbetätigte Schaltkupplungen Kraftschlüssige Schaltkupplungen (Reibungskupplungen) Fremdbetätigte Reibungskupplungen Momentbetätigte Reibungskupplungen Drehzahlbetätigte Reibungskupplungen Richtungsbetätigte Reibungskupplungen Bremsen

9 x Inhaltsverzeichnis 5 Elemente der geradlinigen Bewegungen Paarung von ebenen Flächen Führungen mit Gleitlagerungen Führungen mit Wälzlagerungen 5.2 Rundlingspaarungen Gleitende Rundlingspaarungen Rundführungen mit Wälzlagerungen Elemente zur Übertragung gleichförmiger Drehbewegungen Stirnradgetriebe Verzahnungsgeometrie geradverzahnter Stirnräder Allgemeines Verzahnungsgesetz Verzahnungsarten Bezugsprofil und Herstellung Unterschnitt und Grenzzähnezahl Profilverschiebung Zahnradpaarung Innenverzahnung Verzahnungsgeometrie schrägverzahnter Stirnräder Grundbegriffe und -beziehungen Paarungen schrägverzahnter V-Räder Verzahnungstoleranzen Kräfte und Momente Grundlagen der Tragfähigkeitsberechnung (DIN 3990) Allgmeine Faktoren Zahnfußtragfähigkeit Flankentragfähigkeit Auslegung und Gestaltung Kegelradgetriebe Verzahnungsgeometrie geradverzahnte Kegelräder Kegelräder mit Schräg- und Bogenverzahnung Kräfte am Kegelrad Tragfähigkeitsberechnung (DIN 3991) Schraubradgetriebe Verzahnungsgeometrie von Schraubenräder Kräfteverhältnisse und Wirkungsgrad Bemessungsgrundlagen Schneckengetriebe Flankenformen der Zylinderschnecken Verzahnungsgeometrie Kräfteverhältnisse und Wirkungsgrad Empfehlungen für die Bemessung

10 Inhaltsverzeichnis XI Lagerkräfte und Beanspruchungen der Schneckenwelle Gestaltung Umlaufgetriebe Drehzahlen und Übersetzungen Kräfte, Momente und Leistungen Kegelrad-Umlaufgetriebe Reibradgetriebe Werkstoffpaarungen und Berechnungsgrundlagen Reibradgetriebe mit konstanter Übersetzung Reibradgetriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung Formschlüssige Zugmitteltriebe Kettentriebe Zahnriementriebe Kraftschlüssige Zugmitteltriebe (Riementrieb) Theoretische Grundlagen Bandkräfte und -spannungen Einfluß der Fliehkraft Biegespannung und Biegefrequenz Gesamtspannung und optimale Bandgeschwindigkeit Folgerungen aus den theoretischen Betrachtungen Bauarten für konstante Übersetzungen Flachriementriebe Keilriementrieb Bauarten für stufenlos verstellbare Übersetzungen. 607 Anhang Literaturverzeichnis 617 Stichwortverzeichnis 623