Konstruktionselemente der Feinmechanik. Herausgeber Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Krause. 2., stark bearbeitete Auflage Ü I HANSER
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1 Konstruktionselemente der Feinmechanik Herausgeber Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Krause 2., stark bearbeitete Auflage Ü I HANSER Carl Hanser Verlag München Wien
2 Inhaltsverzeichnis 1. Charakterisierung und Systematik der Konstruktionselemente 19 Literatur zum Abschnitt 1. und Grundlagenliteratur zu den Abschnitten 2. bis Entwerfen und Gestalten von Konstruktionselementen Arbeitsschritte und Methoden Ermitteln und Präzisieren von Konstruktionsaufgaben Prinzipbestimmung für Konstruktionselemente Gestalten von Konstruktionselementen Grundsätze Auswahl der Form Auswahl der Werkstoffe Festlegen der Zustandseigenschaften Einflußfaktoren auf die Gestalt Vorgehensweise beim Gestalten Bewerten und Auswählen von Konstruktionselementen Rechnereinsatz CAD-Lösungen für Konstruktionselemente Rechnerunterstützte Dimensionierung Rechnerunterstützter Entwurf 51 Literatur zum Abschnitt Grundlagen zur Dimensionierung von Konstruktionselementen Normzahlen und Normmaße Normzahlen Normmaße Berechnungsbeispiele 59 Literatur zum Abschnitt Toleranzen und Passungen Toleranzen Grundbegriffe ISO-Toleranzen Maße ohne Toleranzangabe, frei tolerierte Maße Form-und Lagetoleranzen Oberflächenrauheit und deren Kennzeichnung Passungen Grundbegriffe Passungsauswahl Einfluß der Temperatur auf Toleranz und Passung Maß-und Toleranzketten Toleranz-und passungsgerechtes Gestalten Berechnungsbeispiele 94 Literatur zum Abschnitt
3 8 Inhaltsverzeichnis 3.3. Statik Kräfte an starren Körpern Reibung Ruhereibung (Haftreibung) Reibungszustände Gleitreibung Rollreibung Bohrreibung UmschUngungsreibung (Seilreibung) Berechnungsbeispiele Dynamik Kinematik Kinetik Mechanische Schwingungen Torsionsschwingungen Biegeschwingungen Gedämpfte und getilgte Schwingungen Erzwungene Schwingungen Festigkeitslehre Grundbegriffe Ermittlung der Nennspannungen Beanspruchung durch Kräfte Beanspruchung durch Momente Zusammengesetzte Beanspruchung Ermittlung der zulässigen Spannungen Werkstoffkenngrößen Einflußfaktoren auf die Werkstoffestigkeit Festigkeitsnachweis Berechnungsbeispiele 140 Literatur zu den Abschnitten 3.3. bis Konstruktionswerkstoffe Kriterien für die Werkstoffauswahl Metallische Werkstoffe Eisenwerkstoffe Nichteisenmetall-Werkstoffe Metallische Sinterwerkstoffe Nichtmetallische Werkstoffe Kunststoffe Silikatische Werkstoffe Naturstoffe Halbzeuge und Normteile 166 Literatur zum Abschnitt Mechanische Verbindungen Eigenschaften, Einteilung und Auswahl 169 Literatur zu den Abschnitten 4.1. und Stoffschlüssige Verbindungen Schweißverbindungen Schweiß verfahren, Eigenschaften und Anwendung Werkstoffe 176
4 Inhaltsverzeichnis Berechnung Konstruktive Gestaltung Berechnungsbeispiele 192 Literatur zum Abschnitt Lötverbindungen Lötverfahren, Eigenschaften und Anwendung Werkstoffe Berechnung Konstruktive Gestaltung Berechnungsbeispiele 207 Literatur zum Abschnitt Einschmelzverbindungen Verfahren, Eigenschaften und Anwendung Werkstoffe Berechnung Konstruktive Gestaltung 211 Literatur zum Abschnitt Klebverbindungen Kleb verfahren, Eigenschaften und Anwendung Werkstoffe Berechnung Konstruktive Gestaltung Berechnungsbeispiel 216 Literatur zum Abschnitt Kittverbindungen Verfahren, Eigenschaften und Anwendung Werkstoffe Berechnung Konstruktive Gestaltung 219 Literatur zum Abschnitt Formschlüssige Verbindungen Nietverbindungen Verfahren, Eigenschaften und Anwendung Nietformen Berechnung Konstruktive Gestaltung Berechnungsbeispiel Stift-und Bolzenverbindungen Eigenschaften und Anwendung Stiftformen Berechnung Konstruktive Gestaltung Berechnungsbeispiel Feder-und Profilwellenverbindungen Einteilung, Eigenschaften und Anwendung Berechnung Konstruktive Gestaltung Berechnungsbeispiel Bördelverbindungen Sickenverbindungen Läpp- und Schränkverbindungen Falz-und Einrollverbindungen Blechsteppverbindungen Einspreizverbindungen 249
5 Inhaltsverzeichnis Einbettverbindungen 252 Literatur zum Abschnitt Kraftschlüssige Verbindungen Einpreßverbindungen Einteilung, Eigenschaften und Anwendung Berechnung Konstruktive Gestaltung Berechnungsbeispiel Verpreß-und Quetsch Verbindungen Keilverbindungen Einteilung, Eigenschaften und Anwendung Berechnung Konstruktive Gestaltung Berechnungsbeispiel Schraubenverbindungen Gewindearten Berechnung Schrauben, Muttern, Zubehör Konstruktive Gestaltung, Schraubensicherungen Berechnungsbeispiele Klemmverbindungen Renkverbindungen 290 Literatur zum Abschnitt Schachtelverbindungen 293 Elektrische Verbindungen 296 Funktion und Aufbau 296 Stoffschlüssige Verbindungen 296 Kraftschlüssige Verbindungen Quetsch-oder Crimp-Verbindungen Klemmverbindungen Schraubenklemmverbindungen Federklemmverbindungen Wickelverbindungen 304 Literatur zum Abschnitt Federn 306 Grundlagen des Federentwurfs Vorgehen beim Entwurf Federkennlinie, Federarbeit Berechnungshilfen und Optimierung 310 Berechnung Biegefedern Torsionsfedern Bimetallfedern (Thermobimetalle) Nichtmetallische Federn Gummifedern 319
6 Inhaltsverzeichnis Kunststoff-, Glas-, Gas-und Flüssigkeitsfedern Federsysteme 320 Werkstoffe Anforderungen Beanspruchungsgrenzen Verarbeitung 323 Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Gestaltungsgrundsätze Ausführungsformen 324 Betriebsverhalten von Feder-Masse-Systemen Belastungs-Zeit-Verhalten Schwingend belastete Feder, Eigenfrequenz Feder unter Stoßbelastung Einflußgrößen Federantriebe 330 Berechnungsbeispiele 331 Literatur zum Abschnitt Achsen und Wellen, Wellendichtungen 336 Beanspruchungen 337 Entwurfsberechnung Überschlägliche Bestimmung des Achsendurchmessers Überschlägliche Bestimmung des Wellendurchmessers 338 Nachrechnung Nachrechnung der vorhandenen Spannungen Nachrechnung der Verformung Schwingungsberechnung 342 Konstruktive Gestaltung, Werkstoffe Konstruktive Gestaltung Grundform von Achsen und Wellen Sonderformen Werkstoffe 345 Welle-Nabe-Verbindungen Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen 347 Wellendichtungen Dichtungen für Drehbewegungen Dichtungen für Längsbewegungen Dichtungen für Dreh- und Längsbewegungen bei unterschiedlichen Drücken (Vakuumdichtungen) Dichtungen für Längs-, Winkel- und Drehbewegungen ohne Stopfbuchse (für Vakuum) 351 Literatur zum Abschnitt 7 352
7 12 Inhaltsverzeichnis 8. Lager und Führungen Grundlagen zu Reibung und Verschleiß Lager Hydrodynamische Gleitlager Berechnung Konstruktive Gestaltung Werkstoffe Sintermetall-Lager Verschleißlager mit zylindrischen Zapfen Berechnung Konstruktive Gestaltung Werkstoffe Kunststoffgleitlager Kunstkohlegleitlager Lager mit kegelförmigen Zapfen Berechnung Konstruktive Gestaltung Axialgleitlager Planspurlager (Ringspurlager) Kugelspurlager Spitzenlager Berechnung Konstruktive Gestaltung Werkstoffe Stoßsicherungen Wälzlager Aufbau und Eigenschaften Ausführungsformen, Anwendung Berechnung Einbaurichtlinien Schneidenlager Berechnung Konstruktive Gestaltung Werkstoffe Federlager Biegefedergelenke Torsionsfedergelenke Strömungslager (Luftlager) Berechnung Konstruktive Gestaltung Werkstoffe Magnetlager Wirkprinzip Luftspaltlager Magnetisch entlastete Lager Magnetflüssigkeitslager Berechnungsbeispiele 404 Literatur zu den Abschnitten 8.1. und Führungen Bauarten, Eigenschaften, Konstruktionsgrundsätze Gleitführungen Verkanten von Führungen 409
8 Inhaltsverzeichnis Zwangfreie Führungen Bauarten von Gleitführungen Wälzführungen Grundlagen Bauarten von Wälzführungen Federführungen Bauarten und Eigenschaften Bewegungsverhalten Konstruktive Gestaltung Strömungsführungen (Luftführungen) Bauarten von Luftführungen Auslegung und Eigenschaften von Luftführungen Konstruktionshinweise Entlastete Führungen Geradführungen mit Hilfe von Getrieben Berechnung und Werkstoffwahl 431 Literatur zum Abschnitt Schmierung Schmierstoffe Schmieröle Schmierfette Festkörperschmierstoffe Reibungs- und verschleißmindernde Schichten Schmierverfahren 441 Literatur zum Abschnitt Gehemme und Gesperre Gehemme Formgehemme (Rastungen) Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Reibgehemme (Klemmungen) Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Gesperre Formgesperre Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Reibgesperre Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen 461 Literatur zum Abschnitt Anschläge, Bremsen und Dämpfer Anschläge Bauarten und Eigenschaften Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Betriebsverhalten Berechnungsbeispiele 469
9 14 Inhaltsverzeichnis Bremsen Bauarten und Eigenschaften Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Betriebsverhalten Berechnungsbeispiele Dämpfer Bauarten und Eigenschaften Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Betriebsverhalten spezieller Dämpfer, Berechnungsbeispiel 484 Literatur zum Abschnitt Kupplungen Bauarten, Eigenschaften und Anwendung Feste Kupplungen Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Betriebsverhalten Ausgleichskupplungen Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Betriebsverhalten Schaltbare Kupplungen Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Betriebsverhalten Selbstschaltende Kupplungen Berechnung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Betriebsverhalten Werkstoffe Berechnungsbeispiele 516 Literatur zum Abschnitt Spann-, Schritt- und Sprungwerke Spannwerke Sperrspannwerke Kippspannwerke Schrittwerke Sprungwerke Sperrsprungwerke Kippsprungwerke 529
10 Inhaltsverzeichnis Hinweise zur Dimensionierung, Beispiele 531 Literatur zum Abschnitt Getriebe Einteilung der Getriebe 533 Literatur zum Abschnitt Zahnradgetriebe - Übersicht Übersetzung, Zähnezahlverhältnis, Momentenverhältnis Allgemeine Verzahnungsgeometrie Grundgesetze der Verzahnung Konstruktion von Gegenprofil und Eingriffslinie Zahnfußflanke, relative Kopfbahn und unbrauchbare Flankenabschnitte Bezeichnungen und Bestimmungsgrößen an Zahnrädern Bauformen von Zahnradgetrieben Stirnradgetriebe mit nichtevolventischer Verzahnung Zykloidenverzahnung Zahnform Eingriffsverhältnisse und Überdeckung Tragfähigkeit, Eigenschaften und Anwendung Triebstockverzahnung Zahnform Eingriffsverhältnisse und Überdeckung Tragfähigkeit, Eigenschaften und Anwendung Kreisbogenverzahnung (PseudozykloidenVerzahnung, Uhrwerkverzahnung) Zahnformen Eingriffsverhältnisse und Überdeckung Tragfähigkeit, Eigenschaften und Anwendung 553 Literatur zum Abschnitt Stirnradgetriebe mit Evolventenverzahnung Zahnform Bezugsprofil und Verzahnungsgrößen Eingriffsverhältnisse und Überdeckung Unterschnitt und Grenzzähnezahl Profilverschobene Verzahnung Schrägverzahnung Innenverzahnung Grenzen der Verzahnungsgeometrie, extrem kleine Zähnezahlen Hochübersetzende Stirnradgetriebe, Umlaufrädergetriebe Stirnradstandgetriebe Umlaufrädergetriebe Verzahnungstoleranzen und Getriebepassungen, Zeichnungsangaben Verzahnungstoleranzen Getriebepassungen Zeichnungsangaben Tragfähigkeitsberechnung Begriffe der Tragfähigkeit Zahnkräfte Entwurfsberechnung Nachrechnung der Zahnfußtragfähigkeit 591
11 16 Inhaltsverzeichnis Nachrechnung der Zahnflankentragfähigkeit Berechnung von Kunststoffzahnrädern Zahnradwerkstoffe, Schmierung Konstruktive Gestaltung, spielfreie Verzahnung Betriebsverhalten Drehwinkelübertragungsabweichung Verlustleistung und Wirkungsgrad Geräuschverhalten Herstellung der Zahnräder Berechnungsbeispiele 612 Literatur zu den Abschnitten und Schraubenstirnradgetriebe Geometrische Beziehungen Eingriffsverhältnisse und Überdeckung Profilverschiebung Tragfähigkeitsberechnung Werkstoffe, Schmierung, Gestaltung, Toleranzen Verlustleistung und Wirkungsgrad Berechnungsbeispiel 626 Literatur zum Abschnitt Schneckengetriebe Paarungsarten und Flankenformen Geometrische Beziehungen Eingriffsverhältnisse und Überdeckung Tragfähigkeitsberechnung Werkstoffe, Schmierung, Gestaltung, Toleranzen Verlustleistung und Wirkungsgrad Berechnungsbeispiel 640 Literatur zum Abschnitt Kegelrad-und Kronenradgetriebe Kegelradgetriebe mit Geradverzahnung Geometrische Beziehungen Profilverschiebung Eingriffsverhältnisse und Überdeckung Tragfähigkeitsberechnung Werkstoffe, Schmierung, Gestaltung, Toleranzen Verlustleistung und Wirkungsgrad Kronenradgetriebe 649 Literatur zum Abschnitt Reibkörpergetriebe Bauarten, Eigenschaften und Anwendung Berechnung Geometrische Beziehungen und Geschwindigkeiten Kräfte und Tragfähigkeit Werkstoffe, Schmierung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Betriebsverhalten Berechnungsbeispiel 664 Literatur zum Abschnitt
12 Inhaltsverzeichnis Zugmittelgetriebe Bauarten Seil-, Band-und Flachriemengetriebe Eigenschaften und Anwendung Berechnung Zugmittelarten, Werkstoffe Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Verlustleistung und Wirkungsgrad Keilriemen-und Rundriemengetriebe Eigenschaften und Anwendung Berechnung Zugmittelarten, Werkstoffe Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Verlustleistung und Wirkungsgrad Zahnriemengetriebe Eigenschaften und Anwendung Berechnung Zahnriemenarten, Werkstoffe, Schmierung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Betriebsverhalten Kettengetriebe Eigenschaften und Anwendung Berechnung Kettenarten, Werkstoffe, Schmierung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Verlustleistung und Wirkungsgrad Berechnungsbeispiel 705 Literatur zum Abschnitt Schraubengetriebe Bauarten, Eigenschaften und Anwendung Berechnung Kinematik und geometrische Beziehungen Kräfte und Tragfähigkeit Werkstoffe, Schmierung Konstruktive Gestaltung, Ausführungsformen Gleitschraubengetriebe Wälzschraubengetriebe Wälzmutter Wirkungsgrad Berechnungsbeispiel 721 Literatur zum Abschnitt Koppelgetriebe Bauarten, Eigenschaften und Anwendung Koppelgetriebe mit vier Gliedern Mehrgliedrige Koppelgetriebe Berechnung Konstruktive Gestaltung, Werkstoffe Betriebsverhalten Berechnungsbeispiele Kurvengetriebe Bauarten, Eigenschaften und Anwendung Berechnung, konstruktive Gestaltung, Betriebsverhalten 731 Literatur zu den Abschnitten und Krause, Konstruktionselemente
13 18 Inhaltsverzeichnis 14. Mikromechanik Charakteristik der Mikromechanik Werkstoffe der Mikromechanik Mikromechanische Fertigungsverfahren Spezielle Verfahrensschritte und Standardtechnologien Zweiseitenzuordnung Tiefenätzverfahren Herstellung isolierender Schichten Verbindungsverfahren (Wafer-Bonden) Mikromechanische Formgebungsverfahren Ätzverfahren Surface Micromachining (Opferschichtverfahren) LIGA-Verfahren Mikromechanische Grundformen Entwicklung mikromechanischer Funktionsgruppen Mikromechanische Konstruktionselemente 752 Literatur zum Abschnitt Sachwörterverzeichnis 758
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