Feinmechanische Bauelemente

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1 Feinmechanische Bauelemente Prof. Dr.-Ing. Siegfried Hildebrand Sektion Elektronik-Technologie und Feingerätetechnik der Technischen Universität Dresden 4., bearbeitete Auflage VEB VERLAG TECHNIK BERLIN

2 Inhaltsverzeichnis 0. Zur allgemeinen Einführung Allgemeine konstruktive Grundlagen der Feingerätetechnik Feingerätetechnik - Feinmechanische Bauelemente Konstruieren - Entwerfen - Gestalten - Entwickeln Grundsätze für die Konstruktionsarbeit Konstruiere funktionsgerecht! Konstruiere werkstoffgerecht! Gestalte fertigungsgerecht! Gestalte form- und farbschön! Konstruiere wirtschaftlich! Ergänzende Konstruktionsgrundsätze 26 Literatur zu den Abschnitten 1.1. bis Festigkeitsberechnungen Einleitung und Bezeichnungen Voraussetzungen Das Hookesche Gesetz Berechnung der Nennspannungen Beanspruchung durch Kräfte Beanspruchung durch Momente Zusammengesetzte Beanspruchung Werkstoffbelastbarkeit Belastungsfälle Werkstoffestigkeit Zulässige Spannungen 52 Literatur zu Abschnitt Vorzugszahlen und -maße Vorzugszahlen Vorzugsmaße 60 Literatur zu Abschnitt Toleranzen und Passungen Toleranzen Grundbegriffe nach ISO Größe der Toleranzfelder nach ISO Lage der Toleranzfelder nach ISO Maße ohne Toleranzangabe und freitolerierte Maße Lagetoleranzen Formtoleranzen Oberflächengüte und erreichbare Genauigkeit Passungen Grundbegriffe 76

3 Inhaltsverzeichnis Passungsauswahl Toleranzketten Statistische Verteilung von Toleranzen und Passungen 85 Literatur zu Abschnitt Werkstoff-Übersicht Wahl des Werkstoffs Werkstoff-Übersicht Werkstoffe Anlieferformen der Werkstoffe 95 Literatur zu Abschnitt Technische Formgebung Einleitung Allgemeine Empfehlungen zur Formgestaltung 100 Literatur zu Abschnitt Systematik der Konstruktionsarbeit Einleitung Die Konstruktionssystematik von Bischoff und Hansen Aufgabenstellung Grundprinzip Technische Prinzipe Verbesserte technische Prinzipe Fertigungsunterlagen Beispiel 107 Literatur zu Abschnitt Verbindungselemente 114 Übersicht 114 Verbindungen durch stoffliche Veränderungen Lötverbindungen Definition und Eigenschaften Lötverfahren, Eigenschaften und Anwendung Werkstoffe, Lote und Flußmittel Berechnung der Lötverbindung Gestaltung der Lötverbindung 127 Literatur zu Abschnitt Schweißverbindungen Definition und Eigenschaften Schweißverfahren, Eigenschaften und Anwendung Metallschweißverfahren Plastwerkstoffschweißverfahren Glasschweißverfahren Berechnung der Schweißverbindung Gestaltung der Schweißverbindung Metallschweißen Plastwerkstoffschweißen Glasschweißen - Gestaltungsregeln 156 Literatur zu Abschnitt Klebverbindungen Definition und Eigenschaften 158

4 10 Inhaltsverzeichnis Klebstoffe Berechnung der Klebverbindung Gestaltung der Klebverbindung 160 Literatur zu Abschnitt Kittverbindungen Definition und Eigenschaften Kitte Gestaltung der Kittverbindung 164 Literatur zu Abschnitt Verbindungen durch Einschmelzen Einschmelzungen in Metall Einschmelzungen in Glas 166 Literatur zu Abschnitt Einbettungen Definition und Eigenschaften Gestaltung der Einbettungen Werkstoffe 170 Literatur zu Abschnitt Verbindungen durch plastische Verformung Nietverbindungen Definition und Eigenschaften Nietformen und Nietverfahren Berechnung der Nietverbindung Gestaltung der Nietverbindung 178 Literatur zu Abschnitt Bördelverbindungen Definition und Eigenschaften Gestaltung der Bördelverbindung 186 Literatur zu Abschnitt Sickenverbindungen Definition und Eigenschaften Gestaltung der Sickenverbindung 188 Literatur zu Abschnitt Falz- und Einroll Verbindungen Definition und Eigenschaften von Falzverbindungen Gestaltung der Falzverbindung Einrollverbindungen 190 Literatur zu Abschnitt Verlappen und Verschränken Definition und Eigenschaften Gestaltung der Lappenverbindung 192 Literatur zu Abschnitt Blechsteppverbindungen Definition und Eigenschaften Gestaltung der Blechsteppverbindung 196 Literatur zu Abschnitt Wickelverbindungen (Umwindungen) 196 Literatur zu Abschnitt Verbindungen durch elastische Verformung Klemmverbindungen Definition und Eigenschaften Berechnung der Klemmverbindung 198

5 Inhaltsverzeichnis Gestaltung der Klemmverbindung 199 Literatur zu Abschnitt Preßverbindungen Definition und Eigenschaften Berechnung der Preßverbindung Gestaltung der Preßverbindung 206 Literatur zu Abschnitt Stift- und Keilverbindungen Definition und Eigenschaften Stiftformen Berechnung der Stift- und Keilverbindung Gestaltung der Stift- und Keilverbindung Sicherung von VerStiftungen Formschlußverbindungen (Paßfedern) 217 Literatur zu Abschnitt Schraubenverbindungen Definition und Eigenschaften Gewindearten Berechnung des Gewindes Gestaltung der Schrauben Verbindungen 231 Literatur zu Abschnitt Renkverbindungen Renkverbindungen mit Sicherung durch Formschluß Renkverbindungen mit Sicherung durch Kraftschluß 251 Literatur zu Abschnitt Spreizverbindungen Definition und Eigenschaften Gestaltung der Spreizverbindung 252 Literatur zu Abschnitt Schachtelverbindungen Definition und Eigenschaften Gestaltung der Schachtelverbindung 256 Literatur zu Abschnitt Feinmechanische Funktionselemente Funktionselemente - Übersicht 258 Literatur zu Abschnitt Speicherelemente Federn Grundlagen und Werkstoffe Biegefedern Verdrehungsfedern Tellerfedern Gummifedern Federsysteme Bimetallfedern (Thermobimetalle) 294 Literatur zu Abschnitt Triebgewichtsstücke Dynamische Energiespeicher Grundlagen 306

6 12 Inhaltsverzeichnis Energieumwandler Kinetische Energiespeicher 311 Literatur zu den Abschnitten und Führungselemente Lagerelemente für Drehbewegungen Grundlagen der Gleitlagertechnik Lagerreibung Lagerwerkstoff 320 Literatur zu Abschnitt Radialgleitlager Zylindrische Zapfenlager Kegel- und kugelförmige Lagerausbildung Kurzgleitlager Sintermetallager Plastwerkstofflager Kunstkohlelager Hochgenauigkeitsgleitlager 331 Literatur zu Abschnitt Axialgleitlager 334 Literatur zu Abschnitt Grundlagen der Wälzlagertechnik Eigenschaften der Wälzlager Reibgeschehen beim Wälzen Werkstoffe Belastungsverhältnisse Kennzeichnung 342 Literatur zu Abschnitt Radialwälzlager Radial-Kugellager Radial-Rollenlager 345 Literatur zu Abschnitt Axial-Wälzlager und Lagerstellengestaltung Axial-Kugellager Axial-Rollenlager Lagerstellengestaltung 348 Literatur zu Abschnitt Spitzen- und Edelsteinlager Grundlagen der Spitzenlagertechnik Lagerarten Lagerstellengestaltung 361 Literatur zu Abschnitt Schneidenlager Grundlagen der Schneidenlagertechnik Gestaltung der Lagerelemente von Schneidenlagern 367 Literatur zu Abschnitt Magnetisch entlastete Lager Grundlagen der magnetischen Entlastungen Ausführung magnetisch entlasteter Lager 376 Literatur zu Abschnitt Federgelenke 379 Literatur zu Abschnitt Strömungslager (Luftlager) Grundlagen der Strömungslager 387

7 Inhaltsverzeichnis Anwendungsbeispiele 393 Literatur zu Abschnitt Lagerelemente für Längsbewegungen (Führungen) Gleitführungen Wälzführungen Federgelenkführung 403 Literatur zu Abschnitt Schmierung von Lagern Schmierstoffe Kennwerte für Schmierstoffe Schmierstoffe und ihre Eigenschaften Schmierungstechnische Probleme Reinigung und Vorbereitung der Schmierstelle Schmierungsverfahren Schmierung von Gleitlagern Schmierung von Wälzlagern 416 Literatur zu Abschnitt Achsen und Wellen Grundlagen Gestaltung der Wellen und Achsen 421 Literatur zu Abschnitt Wandlerelemente (Getriebe) 427 Allgemeine Literatur zu Abschnitt Zahnräder und Zahnradgetriebe Übersicht Grundlagen der Verzahnung Stirnradgetriebe Übersicht Stirnräder mit Zykloidenverzahnung Stirnräder mit Evolventengeradverzahnung Stirnräder mit Evolventenschrägverzahnung Kegelradgetriebe Kegelräder mit Geradverzahnung Kegelräder mit Schräg- und Bogenverzahnung Kronenradgetriebe Schraubenradgetriebe Schneckengetriebe Umlaufrädergetriebe Tragfähigkeitsberechnung von Zahnrädern Zahnradwerkstoffe Fertigung der Zahnräder Konstruktive Gestaltung 495 Literatur zu Abschnitt Reibradgetriebe Definition und Einteilung Getriebe mit konstanter Übersetzung Getriebe mit stufenlos verstellbarer Übersetzung (Wechselgetriebe) Wendegetriebe Reibstangengetriebe Werkstoffpaarung der Reibräder Bemessung und Berechnung 509 Literatur zu Abschnitt Zugmittelgetriebe 511

8 14 Inhaltsverzeichnis Prinzipielle Ausführung und Einteilung Zugmittelgetriebe mit geschmeidigen Zugmitteln Zugmittelgetriebe mit gegliederten Zugmitteln (Kettenrädergetriebe) 529 Literatur zu Abschnitt Schraubengetriebe Keilgetriebe Kinematik der Schraubengetriebe Allgemeine Konstruktionshinweise für Schraubgelenke 541 Literatur zu Abschnitt Koppelgetriebe Aufbau und Wirkungsweise Getriebe der Vierdrehgelenkkette Getriebe der Schubkurbelkette Getriebe der Kreuzschleifen- und Schubschleifenkette Getriebe der mehrgliedrigen Kette Polbahnen von Koppelgetrieben Geradführungen mit Hilfe von Koppelgetrieben Geschwindigkeits- und Beschleunigungsermittlung Maßsynthetische Verfahren für Koppelgetriebe 562 Literatur zu Abschnitt Kurven- und Wälzkurvengetriebe Kurvengetriebe Wälzkurvengetriebe Reibkurvengetriebe 579 Literatur zu Abschnitt Feinstellgetriebe 580 Literatur zu Abschnitt Widerstands- und Kupplungselemente Allgemeine Betrachtungen Gesperre Allgemeines, Einteilung Berechnung der Gesperre Konstruktionseinzelheiten Konstruktionsbeispiele 594 Literatur zu Abschnitt Anschläge Allgemeines, Einteilung Anschläge für Schub und kleine Drehungen Anschläge für mehrere Umdrehungen 604 Literatur zu Abschnitt Energieverbrauchende Widerstände (Bremsen und Dämpfungen) Allgemeines, Einteilung Bremsen Berechnung der Bremsvorgänge Gestaltung von Bremsen 612 Literatur zu Abschnitt Dämpfungen Allgemeines Berechnung gedämpfter Schwingungen Gestaltung von Dämpfungen Berechnung und Eigenschaften spezieller Dämpfungen 617 Literatur zu Abschnitt

9 Inhaltsverzeichnis , Massewiderstände (Schwungmassen) 619 Literatur zu Abschnitt Kupplungen Aufgaben, Einteilung Dauerkupplungen Feste Kupplungen Ausgleichkupplungen Schaltkupplungen Klauen- und Zahnkupplungen Reibungskupplungen Betätigungsorgane für Schaltkupplungen Selbsttätige Kupplungen Dauermagnetkupplungen 650 Literatur zu Abschnitt Schaltelemente Aufgaben und Einteilung der Schaltelemente Schrittgetriebe (Schaltgetriebe) Aufbau und Eigenschaften Klinkenschaltgetriebe Räderschaltgetriebe Greiferschaltgetriebe Schlägerschaltgetriebe Magnetschaltgetriebe Spannwerke Sprungwerke 669 Literatur zu Abschnitt Steuer- und Reglerelemente (Geschwindigkeitsgleichhalter) Umfang des behandelten Stoffs Regler für stetigen Ablauf (Bremsregler) Regler für unstetigen Ablauf (Hemmregler) Hemmregler mit Eigenschwingung 685 Literatur zu Abschnitt Elemente des Geräteauf baus (Teil- und Gesamtfunktionen) Grundlagen Prinzipielle Elemente des Geräteauf baus Innerer Geräteaufbau 690 Literatur zu Abschnitt Äußerer Geräteaufbau 696 Literatur zu Abschnitt Konstruktive Elemente des Geräteaufbaus Werkstoffe des Geräteaufbaus 699 Literatur zu Abschnitt Abmessungen von Geräteaufbauten Schutz der Gerätefunktion 704 Literatur zu Abschnitt Sicherung der Gerätefunktion " 709 Literatur zu Abschnitt Gestaltung der äußeren Funktionselemente 711

10 16 Inhaltsverzeichnis Bedienelemente Bedienelemente für geradlinige Bewegung Bedienelemente für Drehbewegungen Bedienelemente für Schwenkbewegung 720 Literatur zu Abschnitt Ablese- und Anzeigeelemente Skalen, Maßstäbe und Koordinatennetze 72t Zeiger Mechanische Ziffernanzeigeelemente Elektronische Ablese- und Anzeigeelemente 727 Literatur zu Abschnitt Anschlußelemente 728 Literatur zu Abschnitt Abdeck- und Verschlußelemente 731 Literatur zu Abschnitt Befestigungs- und Hilfselemente 733 Literatur zu Abschnitt Beschriftung und Oberflächen als Gestaltungselemente 734 Literatur zu Abschnitt Sachwörterverzeichnis 738 -