Bolzen- und Stiftverbindungen

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Siegfried Pfaff
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1 Bolzen- und Stiftverindungen Konstruktionslehre Studiengang Mechatronik 1. Semester Prof. Dr.-Ing. M. Reichle

3 Inhaltsverzeichnis - I - Inhaltsverzeichnis 1 Stiftverindungen Definition und Einteilung Stifte... 1 Bolzen... 3 Verwendung Berechnung Berechnung eines Gaelkofolzens Berechnung eines Steckstifts mit Querzug Berechnung eines Querstifts mit Drehmomentelastung Berechnung eines lanschstifts mit Drehmomentelastung Zulässige Sannungen und Pressungen Literatur... 1

.. 7 4.3 Berechnung eines Querstifts mit Drehmomentelastung... 9 4.

5 Stiftverindungen Stiftverindungen 1.1 Definition und Einteilung Stifte dienen zum Verinden, Befestigen, Mitnehmen, Halten, Zentrieren, ixieren, Sichern, Verschließen u. dgl. von Maschinenteilen. Sie sind nur für das Üertragen kleiner, stoßfreier und möglichst nicht wechselnder Drehmomente geeignet. Stiftverindungen sind lösare Verindungen. Sie können fest ( Stifte, Lagesicherung) oder eweglich, d. h. führend ausgeführt werden. Bolzen stellen Gelenkverindungen her, d. h. mindestens ein Teil ist eweglich (Sielassung). Die Einteilung der Stiftverindungen erfolgt nach ihrer geometrischen orm, wie in Bild 1.1 dargestellt. Stiftverindungen Stifte Bolzen Zylinderstifte Kegelstifte Kerstifte ohne Kof mit Kof Bild 1.1: Systematische Einteilung der Stiftverindungen 1. Stifte Ihrer orm nach unterscheidet man grundsätzlich zwischen Zylinderstiften, Kegelstiften und Kerstiften. Im Bauteil oder in den Bauteilen sitzen sie mit Vorsannung. Bild 1. zeigt eine Auswahl der wichtigsten Stifte.

Sie können fest ( Stifte, Lagesicherung) oder eweglich, d. h. führend ausgeführt werden. Bolzen stellen Gelenkverindungen her, d. h. mindestens ein Teil ist eweglich (Sielassung).

6 Bolzen - - Zylinderstift DIN EN ISO 338 Zylinderstift mit Innengewinde DIN EN ISO 8733 Zylinderstift (gehärtet) DIN EN ISO 8734 Kneelkerstift DIN EN ISO 8743 Zylinderkerstift DIN EN ISO 8740 Kegelstift DIN EN 339 Bild 1.: Grundformen der Stifte Kegelstift mit Gewindezafen DIN 58 Bolzen In Bild.1 sind geräuchliche Ausführungsformen von Bolzen dargestellt. Werden die zu verindenden Teile mit einer Sielassung gefügt, ist eine Sicherung gegen Herausfallen notwendig. Bolzen ohne Kof DIN EN 340 orm A ohne Slintloch orm B mit Slintloch Bolzen mit Kof DIN 556 orm A ohne Slintloch orm B mit Slintloch Bild.1: Grundformen von Bolzen Bild. zeigt handelsüliche Ausführungen von Kerstiften.

1 sind geräuchliche Ausführungsformen von Bolzen dargestellt. Werden die zu verindenden Teile mit einer Sielassung gefügt, ist eine Sicherung gegen Herausfallen notwendig.

7 Verwendung Bild.3: Kerstifte 3 Verwendung 1. Lagesicherung Stift Beisiel: Lagesicherung am Beisiel eines Getrieekastens Stift Hinweis: Stift Die Stifte sollten nicht symmetrisch angeordnet werden, um zu verhindern, dass die eiden Gehäusehälften des Getriees falsch zusammengesetzt werden. Bild 3.1: Lagesicherung eines Getrieekastens

Hinweis: Stift Die Stifte sollten nicht symmetrisch angeordnet werden, um zu

8 Verwendung Kraftüertragung Gaelkof 1 l d Stangenkof Beisiel: Kraftüertragung an einem Gaelkof Bild 3.: Gaelkof 3. Weitere Anwendungseisiele Bild 3.3: Anwendung von Zylinder- und Kegelstiften

9 Verwendung Bild 3.4: Anwendung von Kerstiften- und Nägeln Bild 3.5: Bolzenverindungen

10 Berechnung Berechnung 4.1 Berechnung eines Gaelkofolzens Anhaltswerte für die Gestaltung, um eine möglichst gleichmäßige Pressungsverteilung zu erreichen, siehe Bild 4.1. l = 3,0 4,0 d 1 = 1,5,0 d = 0,8 1,0 d Beansruchungen: Biegung Ascheren lächenressung Die Größe der Biegeeansruchung hängt von den Belastungs- und Einsannverhältnissen (Passungen, Starrheit der Gael) a. 1 Günstig: Bolzenenden im Gaelkof starr eingesannt. Gleichmäßig verteilter Kraftangriff am Stangenkof. Bild 4.1: Pressungsverteilung an einem Bolzen = (4.1) 1 1 M max Ungünstig: M Bild 4.: 1 Punktförmiger Kraftangriff Bolzen liegt frei auf. Punktförmiger Kraftangriff in der Mitte des Stangenkofes. (1 ) = (4.) 4 + M max

(Passungen, Starrheit der Gael) a. 1 Günstig: Bolzenenden im Gaelkof starr eingesannt. Gleichmäßig verteilter Kraftangriff am Stangenkof. Bild 4.

11 Berechnung M 1 4 Praktische Annahme für Berechnung: Bolzen liegt frei auf. Punktförmiger Kraftangriff in zwei Punkten des Stangenkofes. Bild 4.3: Kraftangriff in zwei Punkten 1 1 = ( + ) = ( ) (4.3) 4 4 M max + Zu dem gleichen Ergenis gelangt man, wenn üerall gleichmäßig verteilter Kraftangriff und iegeweiche Gael angenommen wird. Damit ergit sich die Biegesannung 4 ( + 8 ( + ) 1 1 M σ = = = 3 3 (4.4) W d π d und die Schersannung π 3 ) τ a = 1 = A π d (4.5) Ungeachtet oiger Üerlegungen zu Einsannung und Kraftangriff rechnet man die lächenressung (Leiungsdruck) zu: Gael = d (4.6) S tan ge = (4.7) d 1 4. Berechnung eines Steckstifts mit Querzug Entscheidend für die Dimensionierung sind die Biegesannung an der Einsannstelle und die lächenressung in der Einsannung.

Damit ergit sich die Biegesannung 4 ( + 8 ( + ) 1 1 M σ = = = 3 3 (4.4) W d π d und die Schersannung π 3 ) τ a = 1 = A π d (4.

12 Berechnung h+/ σ h d q Bild 4.4: Steckstift mit Querzug σ = M W = h 3 d π 3 3 h = 3 π d (4.8) Das Kräfteaar üt auf den Bolzen ein Moment aus. M = (h + ) (4.9) Aus diesem Moment resultiert eine lächenressung. (h + ) 6 (h + ) M = = = (4.10) W d d 6 Aus der Querkraft ergit sich die lächenressung q. q = = (4.11) A d Pr ojektion Die maximal auftretende lächenressung max eträgt demnach: max 4 (1,5 h + ) = + q = (4.1) d

9) Aus diesem Moment resultiert eine lächenressung. (h + ) 6 (h + ) M = = = (4.

13 Berechnung Berechnung eines Querstifts mit Drehmomentelastung D Pressung M t Anhaltswerte: d/d = 0, 0,3 s D N /D Stahl / Stahl d D N D N /D,5 Guss / Stahl Bild 4.5: Querstift mit Drehmomentelastung Die lächenressung in der Welle ergit sich aus der Biegung des Bolzens im inneren der Welle: max Welle M 6 M = = (4.13) W d D Die lächenressung in der Nae eträgt: M 1 1 Nae = = mit (DN D) s A DN D DN D = D + d M = Nae d s (D + s) (4.14) Die Schersannung im Stift erechnet sich aus der Umfangskraft und der Scherfläche zu: M 4 4 M τ Stift = = = (4.15) A D π d D π d

14 Berechnung Berechnung eines lanschstifts mit Drehmomentelastung u um 90 in Zeicheneene gedreht aus Biegung d u aus Umfangskraft max Summe D M t M t Bild 4.6: lanschstift mit Drehmomentelastung Umfangskraft je Stift: z = Anzahl der Stifte U Mt = (4.16) D z M U 6 3 U = = = (4.17) W d d u U = (4.18) d max 4 U = + U = (4.19) d 4 U τ = (4.0) π d 4.5 Zulässige Sannungen und Pressungen In Taelle 4.1 sind zulässige Sannungen und Pressungen für Bolzen- und Stiftverindungen für verschiedene Werkstoffe zusammengestellt.

M t M t Bild 4.6: lanschstift mit Drehmomentelastung Umfangskraft je Stift: z = Anzahl der Stifte U Mt = (4.

15 Berechnung Taelle 4.1: Zulässige Sannungen und Pressungen Bei Kerstiften sind die oeren Werte x 0,7 zu nehmen; ei seltenen Bewegungen sind höhere Werte zulässig.

16 Literatur ROLO/MATEK HABERHAUER/ BODENSTEIN ROLO/MATEK HABERHAUER/ BODENSTEIN DECKER KÖHLER/RÖGNITZ STEINHILPER/ RÖPER Muhs,D; Wittel, H; Jannasch, D; Voßiek, J.: Roloff/Matek, Maschinenelemente. Vieweg-Verlag Wiesaden, 18. Auflage, 007 Haerhauer, H.; Bodenstein, : Maschinenelemente. Sringer-Verlag, Berlin, 11. Auflage, 001 Muhs,D; Wittel, H; Jannasch, D; Voßiek, J.: Roloff/Matek, Maschinenelemente. Vieweg-Verlag Wiesaden, 18. Auflage, 007 Haerhauer, H.; Bodenstein, : Maschinenelemente. Sringer-Verlag, Berlin, 11. Auflage, 001 Decker, Karl-Heinz: Maschinenelemente. Carl-Hanser-Verlag, München, 16. Auflage, 007 Köhler, Günter: Maschinenteile. Teuner-Verlag, Stuttgart, 6. Auflage, 1981 Steinhiler, W.; Röer, R: Maschinen- und Konstruktionselemente. Sringer-Verlag, Berlin, 198

: Roloff/Matek, Maschinenelemente. Vieweg-Verlag Wiesaden, 18. Auflage, 007 Haerhauer, H.; Bodenstein, : Maschinenelemente. Sringer-Verlag, Berlin, 11.

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