Maschinenelemente 1. von Hubert Hinzen. Oldenbourg Verlag München Wien

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1 Maschinenelemente 1 von Hubert Hinzen Oldenbourg Verlag München Wien

2 Inhalt 1 Grundlagen der Dimensionierung metallischer Bauteile Das grundsätzliche Problem der Bauteildimensionierung Quasistatische Belastung Normalspannung Festigkeitsnachweis für Zug und Druck 4 Zug- und Druckspannung 4 Werkstoffverhalten bei Zug und Druck 4 Sicherheitsnachweis 11 Spannungs-Dehnungsverhalten von Verbundwerkstoffen Festigkeitsnachweis für Biegung 13 Begriff der Biegespannung 13 Axiales Widerstandsmoment W Balken gleicher Biegefestigkeit Tangentialspannung Festigkeitsnachweis für Schub 28 Querkraftschub 28 Werkstoffverhalten bei Schub Festigkeitsnachweis für Torsion 31 Torsionsschubspannung 31 Polares Widerstandsmoment W Zusammengesetzte Spannungen Überlagerung einachsiger Spannungszustände Zweiachsiger, ebener Spannungszustand Zeitlich veränderliche Belastung Modellfälle zeitlich veränderlicher Beanspruchung Darstellung des Belastungszustandes im Smith-Diagramm Belastung von Wellen und Achsen Lagerung von Achsen Lagerung von Wellen Lagerung mit einem einzigen Lager Fest-Los-Lagerung " Umlaufbiegung Achsen und Wellen gleicher Biegefestigkeit 49

3 VI Inhalt 1.6 Werkstoffkundlich zulässige Belastung bei zeitlich veränderlicher Beanspruchung Unterscheidung Zeitfestigkeit-Dauerfestigkeit Dauerfestigkeitskennwerte Darstellung der zulässigen Bauteilbelastung im Smith-Diagramm Erste Verkleinerung durch Größeneinfluß Zweite Verkleinerung durch Kerbwirkungszahl und Oberflächenbeiwert Festigkeitsnachweis bei zeitlich veränderlicher Belastung Vordimensionierung Knickung Elastische Knickung Plastische Knickung Einspannbedingungen Anhang Literatur Normen Aufgaben: Grundlagen der Dimensionierung metallischer Bauteile 82 2 Federn und weitere Bauteilverformungen Grundbegriffe Federsteifigkeit Steifigkeit einer Modellfeder 128 Zugsteifigkeit 129 Biegesteifigkeit 130 Torsionssteifigkeit Steifigkeitskennlinie Zusammenschalten mehrerer Federn Belastbarkeit von Federn Federungsarbeit Federreibung Einige Bauformen metallischer Federn Biegefeder Drehstabfeder Schraubenfeder als Zug-/Druckfeder Belastbarkeit Steifigkeit Parametervariation Schraubenfeder Knickgefährdung Gewundene Schenkelfeder als Drehfeder Ringfeder Ansatz reibungsfrei 166 Erstes Belastbarkeitskriterium: Flächenpressung 167 Zweites Belastbarkeitskriterium: Ringspannung 167 Steifigkeit 168

4 r Inhalt VII Ansatz reibungsbehaftet Tellerfeder Vorsetzen metallischer Federn Feder als Bestandteil eines schwingungsfähigen Systems Feder und Dämpfer Einige Bauformen nicht-metallischer Federn Gasfeder Gummifedern Federbauformen und Federwerkstoffe im Vergleich Formnutzzahl Werkstoffeignung Anhang Literatur Normen Aufgaben: Federn und weitere elastische Bauteilverformungen Verbindungselemente und Verbindungstechniken 223 Nieten Querkraftschub eines einzelnen kaltgeschlagenen Niets Lochleibungsdruck eines einzelnen kaltgeschlagenen Niets Zulässige Werkstoffbelastung eines kaltgeschlagenen Niets Lastverteilung auf mehrere Nieten Querkraftbelastete Nietverbindung Momentenbelastete Nietverbindung Überlagerung von Querkraft- und Momentenbelastung Bolzen und Stifte Schweißen Schweißverfahren Schweißbarkeit der Werkstoffe Nahtformen Stumpfnaht Kehlnaht Festigkeitsberechnung von Schweißverbindungen Tatsächliche Spannungen 244 Zug- und Druckspannung 244 Schubspannung 246 Biegespannung 247 Torsionsspannung 249 Vergleichsspannung Zulässige Spannungen 251 Zulässige Spannung bei statischer Belastung 251 Zulässige Spannung bei dynamischer Belastung Eigenspannungen Gestaltung von Schweißverbindungen 260

5 VIII Inhalt 3.4 Löten Löttemperatur Lötverfahren Festigkeitsberechnung von Lötverbindungen Gestaltung von Lötverbindungen Kleben Anhang Literatur Normen Aufgaben: Verbindungselemente und Verbindungstechniken Schrauben Geometrie der Schraube Kräfte und Momente beim Anziehen der Schraube Modellvorstellung reibungsfrei Gewindereibung Kopfreibung Selbsthemmung Festigkeitsnachweis von Schraubverbindungen Vorliegende Spannungen Zulässige Spannungen Sicherheitsnachweis Flächenpressung im Gewinde Flächenpressung Bewegungsschraube Flächenpressung Befestigungsschraube Vorspannen von Schraubverbindungen Vorspannung und Verformung Setzen der Schraube Thermische Einflüsse Betriebskraftbelastung der Schraube Querkraftbeanspruchte Schraubverbindungen Längskraftbeanspruchte Schraubverbindungen Statische Betriebskraft Dynamische Betriebskraft Zusammenspiel der Steifigkeiten Schraubensteifigkeit Zwischenlagensteifigkeit Krafteinleitung innerhalb verspannter Teile Gestaltung von Befestigungsschraubverbindungen Schraubentypen Schraubensicherungen Unterlegscheiben Torsionsfreies Anziehen 343

6 Inhalt IX 4.7 Besonderheiten der Bewegungsschraube Schraubenwirkungsgrad Minimierung der Gewindereibung Optimaler Gewindesteigungswinkel Optimierung der Materialpaarung Optimierung des Flankenwinkels Optimierung des Reibzustandes Anhang Literatur Nonnen Aufgaben: Schrauben 356 Index 376

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