Vorlesung Maschinenelemente und Mechatronik II

Transkript

1 TUD-MB MM II Die neue Maschinenelemente- Lehre Prof. Dr.-Ing. H. Birkhofer Prof. Dr.-Ing. R. Nordmann Vorlesung Maschinenelemente und Mechatronik II GEBEOP.CDR Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. H. Birkhofer Produktentwicklung und Maschinenelemente Magdalenenstr. 4, Darmstadt Tel: birkhofer@pmd.tu-darmstadt.de SKRIPTDECK.DOC

2

3 Skripte im Shaker Verlag H. Birkhofer, R. Nordmann Maschinenelemente und Mechatronik II 3. überarbeitete Auflage Shaker Verlag Aachen 2008

4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Copyright Shaker Verlag 2008 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de

5 TUD-MB ME II Inhaltsverzeichnis Prof. Dr.-Ing. H. Birkhofer Prof. Dr.-Ing. R. Nordmann 9 Mechanische Maschinenelemente Mechanische Bauteile Generelle Gestaltungshinweise Anforderungen an Bauteile aus dem Produktlebenslauf Bauteilgestalt und Bauteilwerkstoff Die Grundregeln beim Gestalten Funktionsgerechtes Gestalten von Bauteilen Bauweisen für die Bauteilgestaltung Kraftflussgerecht Gestalten Beanspruchungsger. Gestalten von Bauteilen mit hoher Steifigkeit Verformungsgerechtes Gestalten von Bauteilen Fertigungsgerechtes Gestalten von Bauteilen Grundsätzliches Vorgehen Fertigungsgerechtes Gestalten von Gussteilen Fertigungsgerechtes Gestalten von Schweißteilen Fertigungsgerechtes Gestalten spanend bearbeiteter Bauteile Fertigungsgerechtes Gestalten von Blechteilen (Stanz-Biegeteile) Beanspruchungsgerechtes Auslegen von Bauteilen Aufgaben der Festigkeitsberechnung Grundlagen der Festigkeitsberechnung Werkstoffverhalten und Werkstoffeigenschaften Nachweis der statischen Festigkeit mit Nennspannungen Nachweis der statischen Festigkeit mit Vergleichsspannungen Nachweis für die Schwingfestigkeit Festlegen von Bauteiltoleranzen Geometrieabweichungen Festlegen von Toleranzen Festlegen von Oberflächenangaben Bauteilkopplungen Geometrie von Bauteilkopplungen-Passungen Grundlagen Passungsarten Das Passungssystem nach DIN ISO Empfehlungen zur Passungsauswahl Doppelpassungen Beanspruchung von Bauteilkopplungen durch Normalkräfte Flächenpressung bei Flächenberührung mit ebenen Wirkflächen Flächenpressung bei Flächenberührung mit gekrümmten Flächen Flächenpressung bei Punkt- oder Linienberührung Kinematik von Bauteilkopplungen

6 II 11.4 Beanspruchung von Bauteilkopplungen durch Normal- und Reibkräfte Reibung in Bauteilkopplungen Wirkungen von Reibung Reibungszustände Schmierung von tribotechnischen Systemen Schlussarten in Bauteilkopplungen Verbindungen (inkl. Welle-Nabe Verbindungen) Überblick und Funktionen von Verbindungen Systematik von Verbindungen Unterscheidung nach dem Wirkprinzip Unterscheidung nach dem Aufbau Konstruktionskatalog Verbindungen Auswahl von Verbindungen Stoffschlüssige Verbindungen Schweißverbindungen Lötverbindungen Klebverbindungen Formschlüssige Verbindungen Nietverbindungen Bolzen- und Stiftverbindungen Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen Reibkraftschlüssige Verbindungen Beanspruchung von Welle und Nabe Übersicht Pressverbände (Presssitze) Klemmverbindungen (Klemmsitze) Spannelementverbindungen Schraubenverbindungen Beispiele Beschreibung Modelle und Berechnung Montagebeanspruchungen Betriebsbeanspruchungen Gestaltungshinweise Werkstoffhinweise: Varianten: Federungen und Dämpfer Unterscheidungen von Federungen und Dämpfern Überblick und Funktionen von Federungen Definition Aufgaben Eigenschaften Systematik

7 III 13.3 Überblick und Funktionen von Dämpfern Definition Aufgaben Eigenschaften Systematik Kombination von Federungen und Dämpfern Elastische Federungen Metallfedern Elastomerfedern Pneumatische Federn (Gasfedern) Vorwiegend elastische Gasfedern Gasfedern mit ausgeprägter Dämpfung Reine Dämpfer Fluiddämpfer mit viskoser Reibung Wirbelstromdämpfer Nichtschaltbare Wellenkupplungen Überblick über nichtschaltbare Kupplungen Systematik nichtschaltbarer Kupplungen Unterscheidung nach der Funktion Unterscheidung nach dem Wirkprinzip Systematik: Nichtschaltbare Kupplungen Starre Kupplungen (Wellenverbindungen) Reibkraftschlüssige Kupplungen Formschlüssige Kupplungen Ausgleichskupplungen Gelenkkupplungen Ausgleichkupplungen mit elastischen Elementen Elastische Kupplungen Elastische Kupplungen mit Metallfedern Elastische Kupplungen mit Elastomerfedern Auswahl von nichtschaltbaren Wellenkupplungen Lagerungen und Führungen Überblick und Funktionen von Lagerungen und Führungen Systematik von Lagerungen und Führungen Unterscheidung nach der Funktion Unterscheidung nach dem Wirkprinzip Wälzlagerungen Überblick Wälzlagerungen Aufbau, Bauformen und Bezeichnungen Aufbau, Bauformen und Bezeichnungen Werkstoffe (Ringe, Wälzkörper, Käfige) Reibungswiderstand und Drehzahlgrenzen Wälzlageranordnung

8 IV Lebensdauerberechnung Wälzlagereinbau und Befestigung Vor- und Nachteile der Wälzlagerung Dichtungen für Wälzlager Gleitlagerungen Allgemeines Festkörperreibungslager Mischreibungslager Hinweise zur Gestaltung von Lagern mit Trocken- oder mit Mangelschmierung Hydrodynamische Gleitlager Hydrostatische Gleitlager Einsatz von Gleitlagern Dichtungen Überblick und Funktionen von Dichtungen Systematik Statische Dichtungen Stoff- und formschlüssige Dichtungen (nicht lösbar) Lösbare Dichtungen mit Dichtwirkung über Flächenpressungen Dynamische Dichtungen mit berührender Gleitpaarung Dichtungen mit linienartiger Dichtgeometrie Ringdichtungen mit linienartiger oder flächiger Dichtgeometrie Dichtungen mit flächiger Dichtgeometrie Dynamische Dichtungen mit berührungsloser Gleitpaarung Spaltdichtungen Labyrinthdichtungen Literatur

9 V Allgemein verwendete und wiederkehrende Symbole Symbol Benennung c Steifigkeit d (Innen-) Durchmesser f Schwingfrequenz h Höhe l Länge m Masse p Druck p HERTZ sche Flächenpressung r Radius s (Blech-) Dicke v Geschwindigkeit A (Querschnitts-) Fläche D (Außen-) Durchmesser E Energie E Elastizitäts-Modul (E-Modul) F Kraft G Schubmodul I y, I z Flächenträgheitsmoment M B Biegemoment M T Torsionsmoment P Leistung R e Fließgrenze, Streckgrenze R m Zugfestigkeit R p0,2 0,2-Dehngrenze S Sicherheitsfaktor T Torsionsmoment W b Biegewiderstandmoment W t Torsionswiderstandmoment Wirkungsgrad Reibungszahl Dichte Reibungswinkel Spannung a Axialspannung d Druckspannung r Radialspannung t Tangentialspannung z Zugspannung

10 VI 0 Schub-/ Scherspannung Kreisfrequenz Eigenkreisfrequenz