Konstruktionselemente des Maschinenbaus 2

Transkript

1 Springer-Lehrbuch

2 Bernd Sauer (Hrsg.) Konstruktionselemente des Maschinenbaus 2 Grundlagen von Maschinenelementen für Antriebsaufgaben 8. Auflage

3 Hrsg. Prof. Dr.-Ing. Bernd Sauer Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik Technische Universität Kaiserslautern Kaiserslautern, Deutschland ISSN ISBN ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer-Vieweg Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 1985, 1990, 1993, 2000, 2006, 2008, 2012, 2018 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. 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 Warenzeichenund Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Springer Vieweg ist ein Imprint der eingetragenen Gesellschaft Springer-Verlag GmbH, DE und ist ein Teil von Springer Nature. Die Anschrift der Gesellschaft ist: Heidelberger Platz 3, Berlin, Germany

4 Vorwort zur achten Auflage Die vorliegenden zwei Lehrbücher Konstruktionselemente des Maschinenbaus sind aus den Büchern Maschinen- und Konstruktionselemente von Prof. Steinhilper und Prof. Röper entstanden. Die ersten Auflagen der damaligen Bände 1 bis 3 erschienen 1982, 1990 und Ein vierter Band war von Prof. Steinhilper geplant, konnte aber aufgrund seines frühen Todes nicht mehr vollendet werden. In Würdigung der besonderen Verdienste der Herren Professoren Röper und Steinhilper und wegen des Wertes der Bücher für die universitäre Ausbildung wurde am Standort Kaiserslautern 2001 der Entschluss gefasst, die Bücher weiterzuentwickeln. Zur Weiterführung der Bücher wurde ein neues Konzept realisiert. Die Bücher sollten von einem Autorenteam weiterentwickelt und gepflegt werden. Der Grundgedanke dabei war und ist, dass durch die Mitwirkung von weiteren ausgewiesenen Fachleuten noch mehr Kompetenz in die Abfassung der Inhalte fließt. Weiterhin hat sich gezeigt, dass das Autorenteam hinsichtlich der Inhalte ein hervorragendes Diskussionsforum bietet, das auch dazu dient, die Lehrinhalte über mehrere Universitätsstandorte zu harmonisieren. So entstand ein Team, das mit viel Engagement und Einsatz die heute vorliegenden zwei Lehrbücher und ein Übungsbuch erarbeitet haben. Zur Bedeutung des Inhaltes der Lehrbücher seien einige Gedanken aus dem ersten Vorwort von Prof. Steinhilper aus dem Jahr 1982 wiedergeben: Mit der Ingenieurtätigkeit verbindet sich primär die schöpferische Gestaltung technischer Systeme, und sie wird maßgebend gekennzeichnet durch das Konstruieren, d. h. das Auffinden von Zielvorgaben und deren Verwirklichung durch logische, physikalische und konstruktive Wirkzusammenhänge. Die sich heute abzeichnenden Veränderungen im Ingenieurberuf verlangen eine stärkere Gewichtung der Grundlagen und eine gegenüber dem früher Üblichen weiter auszubauende Methodenlehre. Da eine speziellere Kenntnisvermittlung nur noch exemplarisch erfolgen kann, ist eine verstärkte Ausbildung in den Grundlagenfächern unerlässlich und dies zu unterstützen, ist ein wesentliches Anliegen der vorliegenden Lehrbücher, die einerseits die Grundlagenausbildung unterstützen und andererseits auch dem Ingenieur in der Praxis als Nachschlagewerk dienen mögen. Gerade aus dieser Sicht kommt den Konstruktionselementen als Basis für das Konstruieren eine herausragende Rolle zu. Dem widerspricht nicht die sicher zu pauschale Ansicht, dass die Elemente nur in der Lehre für Dimensionierungsaufgaben nützlich sind, in der V

5 VI Vorwort zur achten Auflage Praxis aber aus den Katalogen der Herstellerfirmen entnommen werden. Tatsächlich sind Konstruktionselemente die technische Realisierung physikalischer Effekte und weiterer Wirkzusammenhänge im Einzelelement oder im technischen Teilsystem mit noch überschaubarer Komplexität. Sie fördern das Verständnis für die wesentlichen Merkmale höherer technischer Strukturen, lassen erkennen, auf welcher physikalischen, logischen und technischen Systematik sie beruhen, die zum Gesamtverhalten führt, und schaffen somit überhaupt erst die Voraussetzungen zur Konstruktion und Entwicklung eines Produktes. Während der Bearbeitung der beiden neuen Lehrbuchbände und der Schaffung des neuen Übungsbuches sind die Autoren von einigen tatkräftigen Helfern unterstützt worden, die hier nicht ungenannt bleiben sollen: In Karlsruhe haben die Herren Dipl.-Ingenieure Jochen Kinzig und Matthias Behrendt bei den Kap. 5, 13 und 14 (Elastische Elemente, Federn; Einführung in Antriebssysteme; Kupplungen und Bremsen) tatkräftig mitgewirkt. Zum Kap. 6 (Schraubenverbindungen) hat Herr Prof. Friedrich, Universität Siegen, wichtige Beiträge bei der inhaltlichen Überarbeitung geleistet. In Kaiserslautern hat Herr Prof. Geiß einen Textbeitrag zum Themengebiet Kleben beigesteuert, der in Kap. 8 aufgenommen worden ist. In Magdeburg wurden die Arbeiten am Kap. 16 (Zugmittelgetriebe) durch Herr Dr. Wolfgang Mücke maßgeblich unterstützt. Allen Mitwirkenden sei für die Unterstützung und das eingebrachte Engagement an dieser Stelle sehr herzlich gedankt. Zwei Hinweise sollen hier noch gegeben werden: Der heutige Produktentwicklungsprozess ist vielmehr durch moderne Kommunikation und Informationsbeschaffung gekennzeichnet als in früheren Jahren. Daraus leitet sich ab, dass jeder Ingenieur und jede Ingenieurin die Pflicht hat sich während eines Produktentwicklungsprozesses fortwährend über den aktuellen Stand von Normen und Vorschriften zu informieren, deren ständige Aktualisierung nicht das Ziel und die Absicht eines Lehrbuches sein kann. Weiter möchten die Autoren darauf hinweisen, dass bei der Abfassung des Textes zur Vereinfachung und aus Platzgründen darauf verzichtet worden ist, jeweils beide Geschlechter zu nennen. Gemeint ist z. B. mit einer Formulierung der Konstrukteur natürlich die Konstrukteurin und der Konstrukteur! Alle Autoren bitten um Verständnis für diese verkürzte Schreibweise. Die nun vorliegende 8. Auflage des Bandes 2 stellt eine überarbeitete Fassung der 7. Auflage dar, nachdem die 5. Auflage eine vollständige Neubearbeitung lieferte. Die beiden Lehrbücher gehören zu den Büchern des Springer Verlages, die von Studierenden mit am häufigsten genutzt werden. Sie werden seit 2011 durch das neu erschienene Übungsbuch ergänzt und bieten damit hervorragende Möglichkeiten zum Selbststudium. Bei meinen Autorenkollegen möchte ich mich für die Unterstützung hier noch einmal ausdrücklich bedanken! Kaiserslautern, im Juni 2018 B. Sauer

6 Inhaltsverzeichnis Vorwort zur achten Auflage Inhaltsverzeichnis Autorenverzeichnis V VII XI Kapitel Reibung, Verschleiß und Schmierung Ludger Deters 10.1 Einführung Tribotechnisches System Reibung, Reibungsarten, Reibungszustände Verschleiß Grundlagen der Schmierung Schmierstoffe Literatur Kapitel Lagerungen, Gleitlager, Wälzlager Gerhard Poll und Ludger Deters 11.1 Lagerungen Gleitlager Wälzlager Literatur Kapitel Dichtungen Gerhard Poll 12.1 Funktion und Wirkprinzip Dichtungsbauformen Gestaltung und Berechnung von Dichtungen Werkstoffe VII

7 VIII Inhaltsverzeichnis 12.5 Schädigungsmechanismen und Lebensdauer Einbau Literatur Kapitel Einführung in Antriebssysteme Albert Albers 13.1 Funktion und Wirkungsweise Einteilung und Eigenschaften der Getriebe Mechanische Getriebe Hydraulische Getriebe Berechnung Literatur Kapitel Kupplungen und Bremsen Albert Albers 14.1 Funktion und Wirkungsweise Gestalt, Bauarten und Bauformen Auswahlkriterien und Auswahlprozess Berechnung Kupplungswerkstoffe und Friktionswerkstoffe Gestaltung Literatur Kapitel Zahnräder und Zahnradgetriebe Heinz Linke 15.1 Grundlegendes zu Zahnradgetrieben Stirnradgetriebe Stirnradgetriebe Tragfähigkeit Kegelradgetriebe Schneckengetriebe Planetengetriebe Anhang Literatur Kapitel Zugmittelgetriebe Ludger Deters und Wolfgang Mücke 16.1 Aufbau und Wirkungsweise Riemengetriebe

8 Inhaltsverzeichnis IX 16.3 Kettengetriebe Literatur Kapitel Reibradgetriebe Gerhard Poll 17.1 Funktion und Wirkprinzip Bauformen und ihre Anwendung Berechnung Literatur Kapitel Sensoren und Aktoren Jörg Wallaschek 18.1 Funktion Aktoren Sensoren Literatur Autorenkurzbiographien Sachverzeichnis

9 Autorenverzeichnis Die Kapitel der beiden Bände Konstruktionselemente des Maschinenbaus wurden von folgenden Autoren verfasst und betreut: Band 1 Kapitel Autor(en) 1 Einführung Jörg Feldhusen und Bernd Sauer 2 Normen, Toleranzen, Passungen u. techn. Oberflächen Erhard Leidich 2.1 bis 2.3 Ludger Deters Grundlagen der Festigkeitsberechnung Bernd Sauer 4 Gestaltung von Elementen und Systemen Jörg Feldhusen 5 Elastische Elemente, Federn Albert Albers und Matthias Behrendt 6 Schrauben und Schraubenverbindungen Bernd Sauer 7 Achsen und Wellen Erhard Leidich 8 Verbindungselemente und Verfahren Jörg Feldhusen 9 Welle-Nabe-Verbindungen Erhard Leidich Band 2 Kapitel Autor(en) 10 Reibung, Verschleiß und Schmierung Ludger Deters 11 Lagerungen, Gleitlager, Wälzlager Gerhard Poll 11.1 Ludger Deters 11.2 Gerhard Poll Dichtungen Gerhard Poll 13 Einführung in Antriebssysteme Albert Albers 14 Kupplungen und Bremsen Albert Albers 15 Zahnräder und Zahnradgetriebe Heinz Linke 16 Zugmittelgetriebe Ludger Deters und Wolfgang Mücke 17 Reibradgetriebe Gerhard Poll 18 Sensoren und Aktoren Jörg Wallaschek XI