KONSTRUKTIONS LEHRE Antriebselemente

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1 KONSTRUKTIONS LEHRE Antriebselemente Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Fronius Autoren: Prof. Dr. sc. techn. Gerd Fleischer Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Fronius Prof. Dr.-Ing. habil. Hermann Hagedorn Prof. Dr.-Ing. habil. Karl-Friedrich Hager f Doz. Dr.-sc. techn. Johannes Klose Prof. Dr. sc. techn. Felix Leistner 379 Bilder, 96 Tafeln M VEB VERLAG TECHNIK BERLIN

2 Inhaltsverzeichnis 1. Antriebstechnik und Antriebselemente Aufgaben der Antriebstechnik Anpassung des Antriebsmotors an die Arbeitsmaschine Örtliche Anpassung der Energieleitung, -Umformung und -speicherung an einem vorgegebenen beliebigen Standort der Maschine Anpassen eines Antriebsmotors an Arbeitsmaschinen Gewährleistung einwandfreier Leitungsverzweigung innerhalb der Anlage Wellen und Achsen Beschreibung und Aufgaben Gestaltung Einflüsse auf die Gestaltung von Wellen Bauformen von Wellen Wellenwerkstoffe Berechnung von Wellen Ziel der Berechnung von Wellen Angreifende Kräfte und Momente Bedeutung der Kräfte und Momente für die Berechnung Kräfte an Wellen Momente an Wellen Biegemoment Drehmoment Entwurfsberechnung von Wellen Problemstellung Ermittlung des überschläglichen Durchmessers Auswertung der Entwurfsberechnung im ersten Entwurf Nachrechnung der Festigkeit von Wellen Gefährdete Querschnitte Vorhandene Spannungen an Wellen und ihre Berücksichtigung Dauerschwingfestigkeit Nachweis der Sicherheit Kontrolle der Verformung von Wellen Ermittlung der Verformung von Wellen Zulässige Verformungen Kritische Drehzahl von Wellen Wellenschwingungen Biegeschwingungen Drehschwingungen Schlußfolgerungen aus dem Ergebnis der Nachrechnung Berechnungsbeispiel 63

3 8 Inhaltsverzeichnis 2.5. Sonderbauformen von Wellen Verzeichnis der Standards Literaturverzeichnis Dichtungen Grundlagen Begriffe, Aufgaben und Arten der Dichtungen Anforderungen an eine Dichtung Betriebssicherheit Lebensdauer Leckage Reibungsleistung Dichtungsmaterialien Konstruktive Gestaltung Abdichtung ruhender Teile Dichtungsmechanismus Einschleifen, Einwalzen Dichtungskitte Flachdichtungen Profildichtungen Muffendichtungen Dichtschweißen Abdichtung längsbewegter Teile Spaltdichtungen Stopfbuchsendichtungen Weichpackungsringe Weichmetallpackungsringe Formbeständige Packungsringe Formringe Spannringe Membranen und Faltenbälge Abdichtung sich drehender Teile Berührungsdichtungen Stopfbuchsendichtungen Wellendichtringe Gleitringdichtungen Flüssigkeitsgesperrte Stopf buchsendichtungen Berührungsfreie Dichtungen Spaltdichtungen Labyrinthdichtungen Schutzdichtungen Verzeichnis der Standards Literaturverzeichnis Lager Allgemeines Aufgabe und Arten Reibungsarten und Rerbungszustände 89

4 Inhaltsverzeichnis Festkörperreibung Flüssigkeitsreibung Hydrodynamische Schmierung Hydrostatische Schmierung Mischreibung Gleitlager ßauformen und Formpaarungen Einbaueinheiten Anbaueinheiten Stoffpaarungen Wellen- und Wellenscheibenwerkstoffe Lagerwerkstoffe Schmierstoffe Lagerwerkstoff-Schmierstoff-Kombinationen Tragfähigkeit Allgemeines Arten der Beanspruchung Statische Tragfähigkeit bei hydrodynamischer Schmierung Dynamische Tragfähigkeit bei hydrodynamischer Schmierung Tragfähigkeit bei hydrostatischer Schmierung Tragfähigkeit bei Misch- und Festkörperreibung Reibung und Erwärmung Reibung und Erwärmung bei hydrodynamischer Schmierung Reibung und Erwärmung bei hydrostatischer Schmierung Reibung und Erwärmung bei Misch- und Festkörperreibung Gestaltung und Schmierung Lager-, Lagerwerkstoff- und Schmierstoffauswahl Einfluß der Gestaltung auf das Betriebsverhalten Schmierstoffzufuhr und Schmierstoffverteilung Wälzlager Bauformen und Formpaarungen Einbaueinheiten Kennzeichnung der Wälzlager Anbaueinheiten Stoffpaarungen Ring-, Scheiben- und Wälzkörperwerkstoffe Käfigwerkstoffe Schmierstoffe Tragfähigkeit Arten der Berührung und Beanspruchung Statische Tragfähigkeit bei Misch- und Festkörperreibung Dynamische Tragfähigkeit bei Misch- und Flüssigkeitsreibung Reibung und Erwärmung Reibung und Erwärmung beim Radiallager Reibung und Erwärmung beim Axiallager Gestaltung und Schmierung Lager-, Lagerwerkstoff- und Schmierstoffauswahl Festlegung der Rollbahnringe und -Scheiben Schmierstoffzufuhr und Schmierstoffverteilung Abdichtung der Lagerstelle Literaturverzeichnis 225

5 10 Inhaltsverzeichnis 5. Wellenkupplungen und Bremsen Wellenkupplungen, Allgemeines Nichtschaltbare Kupplungen Feste Kupplungen Allgemeines Stiftkupplung Schalenkupplung Scheibenkupplung Ausgleichende Kupplungen Allgemeines Bolzenkupplung Klauenkupplung Zahnkupplung Kreuzscheibenkupplung Metallbalgkupplung Membrankupplung Kupplungsgelenk Drehelastische Kupplungen Allgemeines Schraubenfederkupplung Verdrehfederkupplung Stabfederkupplung Schlangenfederkupplung Hülsenfederkupplung Blattfederkupplung Elastische Bolzenkupplung Elastische Klauenkupplung Elastische Schubrollenkupplung Elastische Scheibenkupplung Gummifederkupplung Hydrodynamisch übertragende, nichtschaltbare Kupplungen Schaltbare Kupplungen [5.10] Allgemeines Mechanisch übertragende, synchron schaltbare Kupplungen Mechanisch übertragende, asynchron schaltbare Kupplungen Wirkungsweise asynchron schaltbarer Kupplungen Übertragbares Drehmoment von Reibungskupplungen mit scheibenförmigen Reibflächen Schaltvorgang Reibarbeit und Erwärmung Reibstellenverschleiß Mechanisch schaltbare Kupplungen Hydraulisch schaltbare Kupplungen Pneumatisch schaltbare Kupplungen Elektromagnetisch schaltbare Kupplungen Berechnungsbeispiel: Lamellenkupplung, mechanisch schaltbar Hydrodynamisch übertragende, schaltbare Kupplungen Magnetisch übertragende, schaltbare Kupplungen Selbstschaltende Kupplungen Allgemeines Mechanisch übertragende, selbstschaltende Kupplungen 267

6 Inhaltsverzeichnis Drehzahlgeschaltete Kupplungen Drehrichtungsgeschaltete Kupplungen Drehmomentwirksam schaltende Kupplungen Hydrodynamisch übertragende, selbstschaltende Kupplungen Bremsen, Allgemeines Mechanische Bremsen Außenbackenbremse Innenbackenbremse Außenbandbremsen Innenbandbremse Scheiben- und Lamellenbremse Kegelbremse Strömungsbremsen Strömungsbremse für ortsbewegliche Anlagen Strömungsbremse für stationären Betrieb (Wasservvirbelbremse) Luftwirbelbremse Elektrische Bremsen Literaturverzeichnis Zahnräder und Zahnradgetriebe Allgemeines Verzahnungsgeometrie Benennungen und Begriffe Verzahnungsgesetz Konstruktion einer Flanke Zahnverlauf Verzahnungen für Stirnradgetriebe Evolventenverzahnung Geometrie der Kreisevolvente Konstruktion für Geradzahnstirnräder Festlegung der wichtigsten Zahnabmessungen Profilverschiebung Paarung von Evolventenzahnrädern Paarungsbedingungen bei Evolventenzahnrädern Grenzen und Richtlinien für die Auswahl der Profilverschiebung Innenverzahnung Schrägverzahnung für Stirnräder Zykloidenverzahnung Sonderverzahnungen für Stirnräder Verzahnungen für Kegelradgetriebe Verzahnungen für Schneckengetriebe Berechnungsgrundlagen für Zahnräder Tragfähigkeit, Definitionen Kräfte am Zahnrad Äußere Kräfte Innere dynamische Kräfte Reibungskräfte Geschwindigkeiten am Zahnrad Geschwindigkeiten bei Schneckengetrieben 323

7 12 Inhaltsverzeichnis Tragfähigkeitsberechnung Tragfähigkeitsberechnung von Stirnrädern Tragfähigkeitsberechnung von Schneckenrädern Berechnungsbeispiel Wirkungsgrad und Erwärmung der Getriebe Verluste und Wirkungsgrad Erwärmung Gestaltungsrichtlinien für Zahnradgetriebe Gestaltung von Zahnradkörpern Stirnräder Kegelräder Schneckenräder Gehäusegestaltung Schmierung von Zahnradgetrieben Schmiersysteme Wahl des Schmiermittels Verzeichnis der Standards Literaturverzeichnis Zugmittelgetriebe Einführung Riemengetriebe Flachriemengetriebe Kräfte am Flachriemengetriebe Dehn- und Gleitschlupf Reibung Elastizitätsmodul Spannungen Lebensdauer und Sicherheitsnachweis Lagerkräfte Berechnungsablauf Flachriemenwerkstoffe Gestaltung Berechnungsbeispiele für Flachriemengetriebe Keilriemengetriebe Keilriemenarten Berechnungen Keilriemenscheiben Spannvorrichtungen Kombinierte Getriebe Sonderriemen Berechnungsbeispiel für Keilriemengetriebe Kettengetriebe Allgemeines Kettenarten, Kennzeichnung Kettenräder PolygonefTekt Kräfte am Kettengetriebe Längskräfte in der Kette 404

8 Inhaltsverzeichnis Kraftübertragung zwischen Kettenrad und Kette Verschleiß und Lebensdauer Allgemeine Problematik Einfluß der Gelenkflächenpressung Einfluß der Schmierung Einfluß von Fertigungs- und Montagefehlern Schlußfolgerungen Bestimmung der Kettenlänge Gestaltung Schmierung und Wartung Berechnungsbeispiel Verzeichnis der Standards Literaturverzeichnis Stufenlos verstellbare mechanische Getriebe Antriebstechnische Gesichtspunkte Übersetzung, Stellbereich, Stellcharakteristik Stufenlos verstellbare Getriebe mit starren Übertragungselementen (Reibradgetriebe) Theorie der Reibradgetriebe Normalkraft (Anpreßkraft) Hertzsche Pressungen und Abplattungsflächen Zwangsschlupf und Bohrmoment Leistung und Wirkungsgrad Lebensdauer Praktische Ausführung von stufenlosen Reibradgetrieben Reibringgetriebe Kegel - Hohlkegel - Kegel Globoidgetriebe Globoid - Kugelkalotte - Globoid Kugelgetriebe Kegel-Kugel-Kegel Stufenlos verstellbare Getriebe mit flexiblen Übertragungselementen (Zügmittelgetriebe) Breitkeilriemengetriebe Kettengetriebe Berechnungsbeispiel Literaturverzeichnis 442 Anhang 443 Sachwörterverzeichnis 445