Maschinenteile. Kohler IRognitz. Teil 2. Herausgegeben von Prof. Dr.-lng. J. Pokorny

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1 Kohler IRognitz Maschinenteile Teil 2 Herausgegeben von Prof. Dr.-lng. J. Pokorny Bearbeitet von Prof. Dipl.-lng. K.-H. Kuttner Prof. Dr.-lng. E. Lemke Prof. Dr.-lng. J. Pokorny Prof. Dipl.-lng. G. Schreiner 8., neubearbeitete und erweiterte Auflage Mit 341 Bildern und 8 Tafeln mit weiteren 65 Bildern Beilage: ArbeitsbUitter mit 48 Bildern und 109 Tafeln mit weiteren 53 Bildern B. G. Teubner Stuttgart 1992

2 Herausgeber: Professor Dr.-lng. Dr.-Ing. Joachim Pokorny Universitat-Gesamthochschule-Paderborn, Universität-Gesamthochschule-Paderborn, Abt. Soest Bearbeiter: Professor DipJ.-lng. Dipl.-Ing. Karl-Heinz Kuttner Küttner Technische Fachhochschule Berlin BerJin Professor DipJ.-lng. Dipl.-Ing. Erwin Lemke Technische Fachhochschule Berlin Professor Dr.-lng. Dr.-Ing. Joachim Pokorny U Universität niversitat - Gesamthochschule-Paderborn, Abt. Soest Professor DipJ.-lng. Dipl.-Ing. Gerhart Schreiner Fachhochschule fur für Technik, Mannheim Die Deutsche Bibliothek - ClP-Einheitsaufnahme CIP-Einheitsaufnahme Maschinenteile / Kohler; Köhler; Rognitz. Rögnitz. - Stuttgart: : Teubner. NE: Kohler, Köhler, Gunter Günter [Hrsg.] Teil 2. Hrsg. von J. Pokorny. K.-H. Kuttner Küttner , neubearb. und erw. Aufl ISBN ISBN (ebook) DOI / NE: Pokorny, Joachim [Hrsg.]; Kuttner, Küttner, Karl-Heinz Das Werk einschlieblich einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschutzt. geschützt. Jede Verwertung auberhalb außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verla,ges unzuliissig unzulässig und strafbar. Das gilt besonders fur für Vervielfiiltigungen, Vervielfältigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. E.G. B.G. Teubner Stuttgart 1992 Softcover reprint of the hardcover 8th edition 1992 Einbandgestaltung: Peter Pfitz, Stuttgart

3 Vorwort Die vorliegende achte Auflage des Teil 2 der "Maschinenteile" wurde wie Teil 1 unter Beachtung der technischen Entwicklung sowie der gesammeiten Lehrerfahrung uberarbeitet und neu gestaltet. Der Text wurde in einer groberen Schrift geschrieben. Viele Bilder wurden grober als in den vorangegangenen Auflagen und manche Bilder durch Grautonung erkenntlicher gestaltet. Ein grauer Streifen am Blattrand erleichtert das Auffinden der Berechnungsbeispiele im Text. Halbfett gedruckte Spitzmarken sowie Formelzeichen und -benennungen im Text und "eingerahmte" Gleichungen vermitteln dem Leser bereits beim Durchbliittern des Buches eine klare Stoffubersicht und erleichtern ihm das Auffinden der gewunschten Sachgebiete sowie das Durcharbeiten des Stoffes. Der Abschnitt Wiilzlager wurde neu verfabt. Die Darlegung des Stoffes fuhrt in den meisten Fiillen im Sinne der Konstruktionsmethodik von der Aufgabenstellung uber die Funktion, Berechnung und Gestaltung zu Losungsmoglichkeiten. Wegen des Einflusses der Herstellverfahren auf die Konstruktion der Maschinenteile wurden, soweit im Rahmen des vorliegenden Werkes moglich, werkstoff- und fertigungsgerechtes Gestalten mit behandelt. Auch wurden viele Berechnungsgleichungen hergeleitet, physikalische Abhiingigkeiten und allgemeine Zusammenhiinge aufgezeigt und auf Probleme hingewiesen, urn so Entscheidungshilfen fur den Studierenden, fur den Konstrukteur wie auch fur den Ingenieur im Betrieb zu geben. Die Berechnung wird durch reiches Zahlenmaterial und durch viele Zahlenbeispiele erliiutert. Manche Bilder sind bewubt schematisch dargestellt, urn das Wesentliche aufzuzeigen und urn deren allgemeine Auslegbarkeit nicht einzuschriinken. Durch die jedem Abschnitt vorangestellten wichtigsten Normen soll der Leser angeregt werden, sich mit den Original-DIN-Normbliittern vertraut zu machen. Eine schnelle Unterrichtung uber die wichtigsten Normen gestattet das yom DIN Deutsches Institut fur Normung e.v. herausgegebene Buch Klein "EinfUhrung in die DIN-Normen". Fur eine leichtere Auswertung beider Teile wurden "Arbeitsbliitter" als Anhang gesondert beigefugt (s. a. "Hinweise fur die Benutzung des Werkes" auf S. 9). Die Arbeitsbliitter enthalten den wesentlichen Stoff in knapper, ubersichtlicher Darstellung als Gleichungen in Tafeln oder als Bilder. Die Zusammenstellung der Gleichungen entspricht im allgemeinen dem Ablauf der Berechnung und Auslegung von Bauelementen. Es befinden sich im Lehrbuchteil keine Zahlentafeln, so dab das Lesen nicht beeintriichtigt werden kann. Nachdem sich der Leser an Hand des Lehrbuches und, wenn zur leichteren Bewiiltigung des Stoffes notwendig, daneben an Hand des Arbeitsblattes uber den Rechnungsgang der einzelnen Maschinenteile klargeworden ist, kann er die Arbeitsbliitter - beispielsweise

4 4 Vorwort bei den Entwurfsiibungen am Zeichenbrett usw. - fiir sich benutzen. Dabei sind diese fur eine rezeptmii13ige Anwendung von Forrneln ohne Kenntnis der inneren Zusammenhiinge nicht auswertbar. Sie sollen dem den Stoffbeherrschenden Leser lediglich als Gediichtnisstiitze dienen, den Auslegungs- bzw. Berechnungsflu13 aufzeigen und das erforderliche Zahlenmaterial iibersichtlich darbieten. Die Arbeitsbliitter konnen von den Studierenden auch zur Wiederholung oder als Formelnachschlagewerk benutzt werden. Als zweckmii13ig und vorteilhaft haben sich die Arbeitsbliitter insbesondere auch bei der Betreuung von Studien- und Ingenieurarbeiten durch rasches Aufzeigen des Problems bewiihrt. Die Forrnelzeichen wurden im wesentlichen nach DIN 1304 gewiihlt. Urn eine Einheitlichkeit der F ormelzeichen durch alle Abschnitte zu erzielen, mu13te von manchen in den betreffenden Normbliittern angefiihrten Bezeichnungen abgewichen werden. In einigen Normen z. B. fur Zahnriider und in AD-Merkbliittern wird fiir die Sicherheit das Formelzeichen S gesetzt. Urn Verwechslungen auszuschlie13en, wurde daher in beiden Teilen des Werkes im Gegensatz zu DIN 1304 die Ober- und Querschnittsfliiche mit A und die Sicherheit mit S bezeichnet. Die Gleichungen sind meist als Gro13engleichungen nach DIN 1313, also fiir frei wiihlbare Einheiten geschrieben, in die die Zahlenwerte mit SI-Einheiten oder mit abgeleiteten SI-Einheiten eingesetzt werden konnen. Nur gelegentlich werden auch auf bestimmte Einheiten zugeschnittene Gro13en- bzw. Zahlenwertgleichungen verwendet (s. Hinweise fur die Benutzung des Werkes auf S. 9). Ich danke allen Lesern, die zur Verbesserung des Werkes beigetragen haben, wie auch den Firrnen, die Material zur Verfiigung stell ten. Nicht zuletzt gebiihrt mein Dank den Mitarbeitern, we1che keine Miihen urn die Weiterentwicklung ihrer Beitriige scheuten. Verlag, Verfasser und Herausgeber wiirden sich freuen, auch weiterhin Anregungen aus den Kreisen der Benutzer zu erhalten. Soest, im Sommer 1992 Joachim Pokorny

5 Inhalt 1 AchseD odd WeUeD (Pokorny) 1.1 Aufgabe und Einteilung Entwicklung des Rechnungsganges fur Achsen und Wellen Achsen Wellen Gestalten und Fertigen Sonderausfuhrungen Literatur Gleitlager (Pokorny) 2.1 Allgemeine Grundlagen Hydrodynamische Schmiertheorie Hydrodynamisch geschmierte Radiallager Reibung im Gleitlager, Tragfiihigkeit, Kennzahlen, Wiirme Bemessen und Berechnen der Radiallager Werkstoffe Gleitlagerbauarten, Einzelteile Radiallager Axiallager Schmiermittel, Schmiereinrichtungen Literatur Wiilzlager (Pokorny) 3.1 Aufbau und Eigenschaften Lagerdaten und Bauarten AuBenmaBe (DIN 616) Herstellgenauigkeit (DIN 620) Normbezeichnungen (DIN 623) Bauarten, Eigenschaften und Verwendung Tragfiihigkeit und Lebensdauer Statische Tragfiihigkeit (DIN ISO 76) Lebensdauer (DIN ISO 281) Aquivalente Lagerbelastung fur veriinderliche Bedingungen

6 6 Inhalt 3.4 Gestalten der Lagerung Anordnung der Lager Radiale Befestigung der Lager Festlegen der Lager in Langsrichtung Abdichtung Schmierung Beispie1e Berechnungsbeispiele Einbaubeispiele Literatur Kupplungen und Bremsen (Pokorny) 4.1 Kupplungen Nichtschaltbare starre Kupplungen Nichtschaltbare formschlussige Ausgleichskupplungen Bewegliche Kupplungen Drehnachgiebige Kupplungen Schaltbare Kupplungen Verlustarbeit und Warmebelastung Formschlussige Kupplungen Kraftschlussige (Reib-)Kupplungen Elektrische Kupplungen Hydrodynamische Kupplungen Bremsen Berechnung Bauarten Literatur Kurbeltrieb (Kuttner) 5.1 Tauchkolbentriebwerk Berechnungsgrundlagen Kinematik des Kurbeltriebes Kolbenweg Kolbengeschwindigkeit Kolbenbeschleunigung Geschrankter Kurbeltrieb Dynamik des Kurbeltriebes Stoffkrafte und Leistungen Massenkrafte Krafte im Triebwerk

7 Inhalt Aufbau, Funktion und Gestaitung der Triebwerksteile Kolben Schubstangen Kurbelwellen Festigkeitsberechnung der Triebwerksteile Kolben Schubstangen Kurbelwellen Lager Literatur Kurvengetriebe (Kuttner) 6.1 Nockensteuerungen Kreisbogennocken mit geradem TellerstoJ3el Aufbau des Nockens StoJ3elbewegung StoJ3elabmessungen Ruckfreier Nocken Kriifte am StoJ3el Gestaitung Literatur Zugmitteigetriebe (Schreiner) 7.1 Einteilung und Verwendung Reibschlussige Zugmittelgetriebe Berechnen von Riementrieben Bauarten Riemenformen und Werkstoffe Formschlussige Zugmittelgetriebe Kettenbauarten Kettenrad und Kette Berechnen von Rollenketten Bauformen der Kettentriebe Zahnriementriebe Literatur Zahnriidergetriebe (Lemke) 8.1 Grundlagen Zykloidenverzahnung

8 8 Inhalt 8.3 Evolventenverzahnung an Geradstirnriidern Grundbegriffe Profilverschiebung an Geradstirnriidern mit Evolventenverzahnung Innenverzahnung V -Getriebe mit Geradstirnriidern Flankenspiel bei Geradstirnrad-Getrieben Tragfiihigkeitsberechnung der Geradstirnriider Entwurf und Gestaltung von Geradstirnrad-Getrieben Schriigstirnriider mit Evolventenverzahnung Grundbegriffe Tragfiihigkeitsberechnung der Schriigstirnriider Entwurf und Gestaltung von Schriigstirnrad-Getrieben Kegelriider Grundbegriffe fur geradverzahnte Kegelriider Tragfiihigkeitsberechnung der geradverzahnten Kegelriider Entwurf und Gestaltung von geradverzahnten Kegelriidern Stirnrad-Schraubgetriebe Grundbegriffe Tragfiihigkeitsberechnung der Stirnrad-Schraubgetriebe Schneckengetriebe Grundbegriffe Wirkungsgrad Tragfiihigkeitsberechnung und Konstruktion Prufung der Verzahnungen und der Zahnradgetriebe Prufen der Einzelabweichungen an Stirnriidern Prufen der Gesamtabweichungen an Stirnriidern Aufbau der Zahnriidergetriebe Gestaltung der Getriebe Riiderpaarungen Gefiihrliche Zahnkriifte in Mehrwellengetrieben Planetengetriebe (Lemke/Pokorny) Literatur Sachverzeichnis Beilage Arbeitsblatt 1 Achsen und Wellen... A 1 Arbeitsblatt 2 Gleitlager... A 13 Arbeitsblatt 3 Wiilzlager... A 30

9 Inhalt 9 Arbeitsblatt 4 Kupplungen und Bremsen... A 50 Arbeitsblatt 5 Kurbelbetrieb... A 65 Arbeitsblatt 6 Kurvengetriebe... A 70 Arbeitsblatt 7 Zugmittelgetriebe... A 72 Arbeitsblatt 8 Zahnriidergetriebe... A 83 Hinweise fur die Benutzung des Werkes 1. Wo nicht ausdrucklich anders bemerkt, werden GraBengleichungen geschrieben (s. DIN 1313). In diesen Gleichungen bedeuten die Formelzeichen physikalische GraBen, also jeweils ein Produkt aus Zahlenwert (MaBzahl) und Einheit. Hin und wieder werden Zahlenwertgleichungen benutzt. In solchen Gleichungen sind die Formelzeichen als Zahlenwerte definiert, denen jedoch bestimmte Einheiten zugeordnet si nd. Zur schnellen Orientierung uber die Bedeutung eines Formelzeichens wird auf die den einzelnen Arbeitsbliittern vorangestellten Formelzeichenlisten verwiesen. 2. Angaben zum Internationalen Einheitensystem und Umrechnungsbeziehungen: Masse: 1 kp s2/m = 9,81 kg Kraft: I N = 1 kgm/s2 1 kp = 9,81 kg m/s2 = 9,81 N ~ 10 N Die Gewichtskraft F g, die auf den Karper der Masse m = 1 kg wirkt, betriigt: Fg = mg = 1 kg 9,81 m/s2 = 9,81 N Mechanische Spannung, Fliichenpressung: 1 kp/mm2 = 9,81 N/mm2 ~ 10 N/mm2 Druck: 1 Pa = 1 N/m2 = bar 1 MPa = 1 N/mm2 = 1 MN/m2 = 10 bar ~ 10 kp/cm2 1 bar = 0 1 MPa = 0 1 N /mm2 1 at = 1 kp/cm2 = 9, N/m2 = 0,981 bar ~ 1 bar Arbeit: 1 J = 1 Nm = 1 Ws 1 kpm = 9,81 Nm ~ 10 Nm 1 kcal = 427 kpm = 4186,8 J Leistung: 1 W = 1 J/s = 1 Nm/s 1 kpm/s = 9,81 J/s = 9,81 W IPS=75kpm/s~736W lkw=i,36ps Triigheitsmoment: 1 kpm S2 = 9,81 Nm S2 = 9,81 kg m2 Magnetische FluBdichte: 1 T (Tesla) = 1 Vs/m2 = 1 Nm/(m2A) Dynamische Viskositiit: 1 Pa s = 1 Ns/m2 = 1 kg/ems) = 103 cp (Centipoise) Kinema tische Viskosi tii t: 1 m2/s = I Pa s m3/kg = 104 St = 106cSt (Centistokes) 3. Hinweise auf DIN-Normen in diesem Werk entsprechen dem Stand der Normung bei AbschluB des Manuskriptes. MaBgebend sind die jeweils neuesten Ausgaben der Normbliitter des DIN Deutsches Institut fur Normung e.v. im Format A4, die durch die Beuth-Verlag GmbH, Berlin und Kaln, zu beziehen sind. - SinngemiiB gilt das gleiche fur aile in diesem Buch erwiihnten amtlichen Bestimmungen, Richtlinien, Verordnungen usw. 4. Bilder, Tafeln und Gleichungen sind abschnittsweise numeriert. Es bedeuten z. B.: a) Bild 4.1 das 1. Bild im Abschn. 4 - (Abschn.-Nr. halbfett, Bild-Nr. mager), Hinweis im Buchtext (4.1); b) Gleichung (4.2) die 2. Gleichung im Abschn. 4 - (Abschn.-Nr. und Gl.-Nr. mager), Hinweis im Text Gl. (4.2); c) Tafel A 4.3 die 3. Tafel im Arbeitsblatt A4; d) Tafel 3.1 die 1. Tafel im Buchtext Abschn. 3.

10 10 Inhalt Griechisches Alphabet (DIN 1453) A 'Y. a Alpha H 17 e Eta Nv n Nii T r t Tau B f3 b Beta e 9 th Theta S ~ x Ksi Y v ii Ypsilon r y g Gamma 1 I j lota o 0 6 Omikron cp rp ph Phi L1 b d Delta K x k Kappa II 71 p Pi Xx ch Chi E e Epsilon A A I Lambda P f2 r Rho 'P1fI ps Psi Z ( z Zeta MfJ m Mii 1: a s Sigma Qw 0 Omega