Schweißtechnisches Handbuch für Konstrukteure

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1 Alexis Neumann Schweißtechnisches Handbuch für Konstrukteure Teil 3 Maschinen- und Fahrzeugbau von einem Autorenkollektiv 4., stark bearbeitete Auflage VEB VERLAG TECHNIK BERLIN *

2 Maschinenbau Einführung Grundsätze der Gestaltung von Schweißkonstruktionen im Maschinenbau Allgemeine Grundlagen (Anforderungen, Funktion, Beanspruchung) Allgemeine Gestaltungsgrundsätze Übersichten ' Thesen zu allgemeinen Grundsätzen der Gestaltung Übersicht der Bauweisen im Maschinenbau Beanspruchung und Gestaltung von geschweißten Konstruktionen aus Stählen Einfluß des Tragfähigkeitsverhaltens auf die Gestaltung Einfluß des Steifigkeits-, Schwingungs- und Dämpfungsverhaltens auf die Gestaltung ' Herstellung und Gestaltung von geschweißten Konstruktionen aus Stählen Herstellungsgrundsätze.' Schweißverfahren und Gestaltung Gestaltung von geschweißten Guß-Stahl-Verbundkonstruktionen Arten der Schweißverbundkonstruktionen Gründe für die Anwendung der Verbundkonstruktion Voraussetzungen zur Schweißverbundkonstruktion Konstruktionsregeln Übersicht zur Gütesicherung von Schweißverbindungen im Maschinenbau Zusammenhang zwischen Tragfähigkeit, Herstellung und Prüfung (Ausführungsklassen) Kurzübersicht über Ausführungsklassen für Schmelzschweißverbindungen nach [5.26] Wahl der Ausführungsklassen für Schmelzschweißverbindungen im Maschinenbau Kurzübersicht: Ausführungsklassen für Reibschweißverbindungen Werkstoffwahl für Schweißkonstruktionen im Maschinenbau Walzstähle Übersicht Stahlauswahl nach Anforderungen des Festigkeitsverhaltens Stahlauswahl nach Anforderungen des Verschleißverhaltens Stahlauswahl nach den Kriterien der Schweißbarkeit Gußwerkstoffe Ausgewählte Eisengußwerkstoffe für Gestellteile im Maschinenbau Eigenschaften Anwendung Schweißbarkeit Gestaltung 58

3 Inhaltsverzeichnis 3. Geschweißte Maschinenelemente Übersicht Bewegte Maschinenelemente Wellen Scheiben und Räder ' Trommeln und Walzen Zahnräder Hebel, Kurbeln und Stangen Unbewegte Maschinenelemente Aussteifungen bei Schweißkonstruktionen Träger Kästen und Behälter Deckel Ständer, Grundplatten Schraubenansätze und Füße Geschweißte Baugruppen im Maschinenbau Geschweißte Baugruppen im Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen bau Werkstoffsubstitution, Vor- und Nachteile gegossener und geschweißter Gestellteile Bauweisen für geschweißte Gestellteile Profilbauweise Skelettbauweise Rohrbauweise Plattenbauweise Zellenbauweise Verbundbauweise Faltbauweise Abgrenzung für Gestellteile in Schweißkonstruktionen Steifigkeitsgerechte geschweißte Gestelle Dämpfungsgerechte geschweißte Gestelle Hinweise für das Herstellen von Schweißkonstruktionen Spanende Werkzeugmaschinen Umformende Werkzeugmaschinen Verarbeitungsmaschinen Geschweißte Baugruppen im Schwermaschinenbau Übersicht Walzwerksanlagen Rollgänge Geschweißte Unterbauten Gegenschlaghammer Konstruktionselement Schraubenaufnahme Zusammenfassung Zementanlagen Allgemeine Erläuterungen Drehofen Zementmühle Mühlenzylinder Austragrohr Austragwand Zusammenfassung 147

4 Inhaltsverzeichnis Geschweißte Baugruppen im Arbeits- und Kraftmaschinenbau Geschweißte Baugruppen im Elektromaschinenbau Übersicht Läufer Gehäuse, Gestelle und Ständer Geschweißte Baugruppen im Haushaltgerätebau Übersicht Geschweißte Dünnblechkonstruktionen von Haushaltgeräten Berechnungsgrundlagen für Schweißverbindungen im Maschinenbau Einführung Übersicht der Festigkeitsberechnung von Maschinenbauteilen Belastungsannahmen im Maschinenbau Kraftwirkung Stöße Belastungsbild Berechnungsansätze für unterschiedliche Beanspruchungsfälle Berechnung von Maschinenbauteilen (Nachweis gegen Überschreiten der Fließgrenze und Dauerfestigkeitsnachweis) Berechnung von Schweißverbindungen (Schmelzschweißen) Übersicht Nachzuweisende Querschnitte der Schweißverbindungen Ermittlung der Nennspannungen bei Schweißverbindungen Festigkeitsnachweis für Schweißverbindungen Erforderliche Sicherheiten Überschlagswerte von zulässigen Spannungen für Vorausberechnungen Berechnung von Schweißverbindungen (Reibschweißen) Übersicht Querschnittswerte der Reibschweißverbindungen Ermittlung der Nennspannungen Ermittlung der ertragbaren Spannungen und Sicherheitsnachweise für Reibschweißverbindungen Berechnung von Schweißverbindungen (Widerstandspunktschweißen) Übersicht Sicherheitsnachweis Berechnungsbeispiele Berechnungsbeispiele für Schweißverbindungen (Schmelzschweißen) Beispiele mit Methodenhinweisen Beispiel A: Geschweißter Biegeträger Beispiel B: Stumpfnaht einer Hohlwelle Einzelbeispiele Stumpfstoß an einer Zugstange Stumpfstoß an einem Stangenauge Ausschluß einer Öse Laschenanschluß, aufgeschweißtes Knotenblech Anschluß einer Öse Geschweißter Lagerbock Geschweißtes Zahnrad Gurttrommel 269

5 10 Inhaltsverzeichnis Geschweißte Maschinenkurbel Halsnähte eines Biegeträgers Pressengestell (C-Gestell) Getriebekasten Berechnungsbeispiele für Reibschweißverbindungen Berechnungsbeispiel einer statisch beanspruchten Reibschweißverbindung Berechnungsbeispiele für Reibschweißverbindungen auf Dauerschwingfestigkeit Berechnungsbeispiele für Widerstandspunktschweißverbindungen (nach Abschnitt und Anhang A1.3.) Landmaschinenbau Einleitung Konstruktiver Entwicklungsprozeß einer Landmaschine Belastungen der Landmaschinen Gliederung der Belastungen Belastungsermittlung Normkollektive und Festigkeitsnachweise Gestaltung von Landmaschinen Definition Gestaltung der Tragwerke Gestaltung von Tragwerkselementen Gestaltungsrichtlinien Gestaltungskataloge Atlas der Spannungsfelder in technischen Bauteilen [6.21] Gestaltungsspeicher für Schweißkonstruktionen Gestaltungsbeispiele Profilesortiment Landmaschinenrahmen Achsen Werkzeughalter Wellenförmige Bauteile Verbundkonstruktion Berechnung von Schweißverbindungen Nachweisarten Richtlinien zur Berechnung auf Betriebsfestigkeit [6.23] Gültigkeitsbereich Struktur des Betriebsfestigkeitsnachweises Durchführung des Betriebsfestigkeitsnachweises Festlegung nachzuweisender Konstruktionsquerschnitte Ermittlung der Nennspannungskollektive Zuordnung der Nennspannungskollektive zu den Normkollektiven Ermittlung der Klassen der ertragbaren Spannungen Ermittlung der ertragbaren Festigkeitswerte bzw. der ertragbaren Lebensdauerwerte Sicherheitsnachweis 350

6 Inhaltsverzeichnis Berechnungsbeispiele Ziele der Berechnung Betriebsfestigkeitsnachweis für eine Stumpfnaht Betriebsfestigkeitsnachweis für den Stumpfstoß zweier Kastenträger Betriebsfestigkeitsnachweis und belastungsgerechte Gestaltung Straßenfahrzeugbau Einführung Grundsätze der Gestaltung von Schweißkonstruktionen im Straßenfahrzeugbau Allgemeine Grundlagen Beanspruchung, Berechnung, Bemessung Werkstoffwahl Herstellungsbedingungen und Gütesicherung Geschweißte Baugruppen des Straßenfahrzeugbaus Grundsätzliches Nutzkraftwagen (NKW, LKW) Kraftomnibus (КОМ) Anhängefahrzeuge Spezialfahrzeuge Traktoren Kleintransporter Personenkraftwagen (PKW) Zweiräder Schweißtechnische Instandsetzung von Straßenfahrzeugen Konstruktive und technologische Maßnahmen der schweißtechnischen Instandsetzung Schweißtechnische Instandsetzung von Einzelteilen und Baugruppen Instandsetzungsverfahren Berechnung von Schweißverbindungen im Straßenfahrzeugbau Grundsätzliches : Belastungsannahmen 397 8, Schienenfahrzeugbau Einführung Grundsätze der Gestaltung von Schweißkonstruktionen im Schienenfahrzeugbau Wiederkehrende Schweißverbindungen Träger Eckverbindungen, Seitenbleche und Trägeranschlüsse Punktschweißverbindungen Hauptsächliche Schweißverfahren Geschweißte Baugruppen des Schienenfahrzeugbaus Hauptbaugruppen Drehgestelle, Drehzapfenträger Untergestellrahmen Wand- und Dachkonstruktionen (Wagenkästen) 418

7 12 Inhaltsverzeichnis Großsektionen Sonderkonstruktionen Berechnungsgrundlagen für Schweißverbindungen im Schienenfahrzeugbau Einsatzbedingungen von Schienenfahrzeugen Lastannahmen Grundsätze des Festigkeitsnachweises Einsatz der Rechentechnik zur Nachweisführung Berechnungsbeispiele Allgemeine Bemerkungen Berechnung einer Schweißverbindung an einem Querträger eines Güterwagenuntergestells Berechnung eines Reisezugwagenkastens Berechnung eines Drehgestellrahmens 441 Anhang 445 Al. Ausführungsklassen für Schweißverbindungen 445 ALI. Ausführungsklassen für Schweißverbindungen; Schmelzschweißen von Stahl 445 A 1.2. Ausführungsklassen für Reibschweißverbindungen 453 A 1.3. Ausführungsklassen für Schweißverbindungen; Widerstandspunktschweißen von unlegierten Stahlblechen 457 A2. Berechnung der Maschinenbauteile 462 A 2.1. Ermüdungsfestigkeit - Dauerfestigkeit der Maschinenbauteile (Berechnung) 462 A 2.2. Ermüdungsfestigkeit - Dauerfestigkeit der Maschinenbauteile (Werkstoffestigkeitskennwerte) 480 A3. Berechnung von Schweißverbindungen im Maschinenbau 496 A 3.1. Festigkeitsberechnung von geschweißten Bauteilen; Schmelzschweißverbindungen an Baustählen 496 A3.2. Festigkeitsnachweis geschweißter Bauteile; Schmelzschweißverbindungen an Baustählen 512 A4. Berechnung von Schweißverbindungen im Schienenfahrzeugbau der DDR 524 A4.1. Lastannahmen 524 A4.2. Festigkeitsberechnung von geschweißten Bauteilen 524 A 4.3. Einsatz der Rechentechnik für Schienenfahrzeuge 525 Stahlumschliisselung 528 Literaturverzeichnis 531 Sachwörterverzeichnis 542