Maschinenelemente 1 Festigkeit, Wellen, Verbindungen, Federn, Kupplungen 2, aktualisierte Auflage Berthold Schlecht
: Scheren rmmimmmmmm:b tmmm+m^m^mcm mmmmmmmmm a^oy'r, ^^^m^^/^m^ "MiM Inhaltsverzeichnis Zum Geleit 15 Vorwort zur 2 aktualisierten Auflage 17 Kapitel 1 Maschinenelemente und Konstruktion 19 11 Formulierung der konstruktiven Aufgabe 20 12 Ausgewählte Beispiele technischer Systeme 22 13 Versagensursachen von Maschinenelementen 26 14 Berechnung von Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 30 141 Lastannahmen bei dynamischer Beanspruchung (Schwingbeanspruchung) 33 142 Lastannahmen bei statischer Beanspruchung (Maximalbeanspruchung) 42 15 Wirtschaftliche Bedeutung der Konstruktion und Methodisches Konstruieren 44 16 Literatur 48 Kapitel 2 Normen, Toleranzen, Passungen und Oberflächen 53 21 22 Normen, Richtlinien und Standards 23 Normzahlen 24 Toleranzen und Abweichungen 57 241 Maßtoleranzen 242 Formund Lagetoleranzen 62 243 Allgemeintoleranzen 65 244 Tolerierungsgrundsätze 67 25 Passungen 69 251 System Einheitsbohrung (EB) 70 252 System Einheitswelle (EW) 71 253 Beispiele zur Passungsauswahl 71 26 Oberflächen technischer Körper 73 27 Literatur 54 55 56 58 82 Kapitel 3 Grundlagen der Festigkeitslehre 85 31 32 Gang und Schema einer Festigkeitsberechnung 89 33 Ermittlung von Lasten und Beanspruchungen 92 331 Linearelastisches Werkstoffverhalten 94 332 Normalspannungen in Bauteilen Zug, Druck und Biegung 100 333 Normalspannungen zwischen Flächen Flächenpressung 107 334 Hertzsche Pressung 108 335 Schubspannungen aus Querkräften 86 und Schub 114
Kerbwirkung, Torsion 336 Schubspannungen aus Drehmomenten 116 >: 337 Knickspannungen 119 338 Wärmespannungen 123 339 Eigenspannungen 126 34 Behandlung zusammengesetzter Beanspruchungen 130 341 Der lineare oder einachsige Spannungszustand 131 342 Der ebene oder zweiachsige Spannungszustand 134 343 Der räumliche oder dreiachsige Spannungszustand 136 344 Festigkeitshypothesen bei zusammengesetzter Beanspruchung 35 Ermittlung der Beanspruchbarkeit 144 137 351 Beanspruchbarkeit bei statischer Belastung 144 352 Beanspruchbarkeit bei dynamischer Belastung 151 36 Festigkeitsmindernde Einflüsse Größeneinfluss Oberflächen und 361 Die Kerbformzahlen cca und cct 166 362 Die Kerbwirkungszahlen ßa und ßT 176 363 Oberflächen und Größeneinfluss 184 364 Weitere schwingfestigkeitsmindernde Einflüsse 187 37 Festigkeitsberechnung Vergleich von Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 371 Statischer Festigkeitsnachweis 191 372 Dauerfestigkeitsnachweis 191 373 Kritische Anmerkungen zur Sicherheitszahl 195 374 Betriebsfestigkeitsnachweis 197 375 Zulässige Flächenpressung und Hertzsche Pressung 209 38 Festigkeitsnachweis nach FKMRichtlinie 213 381 Statischer Festigkeitsnachweis 223 382 Ermüdungsfestigkeitsnachweis 264 383 Kerbformzahlen und Kerbwirkungszahlen 324 384 Werkstofftabellen 385 FATBauteilklassen 39 Festigkeitsnachweise in Normen und Richtlinien 379 310 Literatur Kapitel 4 Kleben 395 41 396 42 Funktion und Wirkung 165 188 337 364 383 Adhäsion und Kohäsion 398 43 Herstellen von Klebverbindungen 399 431 Einteilung der Klebstoffe 432 Klebtechnik und Oberflächenvorbehandlung 402 44 Gestaltung von Klebverbindungen 403 45 Festigkeit von Klebverbindungen 405 451 Berechnung der Beanspruchung in einer einschnittigen Verbindung 407 452 Berechnung der Beanspruchung in Rund Verbindungen und WelleNabeVerbindungen 413 453 Beanspruchbarkeit einer Klebverbindung 414 454 Einflüsse auf die Festigkeit 417 46 Literatur 400 419
Kapitel 5 Löten 421 51 422 52 Funktion und Wirkung 424 53 Herstellen und Prüfen von Lötverbindungen 424 531 Lötverfahren 426 532 Lotarten und Flussmittel 427 54 Gestaltung von Lötverbindungen 429 55 Festigkeit von Lötverbindungen 432 551 Berechnung der Beanspruchung in einer Lötverbindung 433 552 Beanspruchbarkeit einer Lötverbindung 434 56 Literatur 437 Kapitel 6 Nieten 439 61 440 62 Funktion und Wirkung 441 621 Nietformen und Werkstoffe 442 622 Herstellung einer Nietverbindung 443 623 Verbindungsarten und Schnittigkeit 446 63 Gestaltung von Nietverbindungen 447 631 Maschinenund Gerätebau 449 632 Stahl und Kranbau 450 633 Leichtbau, Fahrzeug und Flugzeugbau 451 634 Korrosionsschutz 452 64 Festigkeit von Nietverbindungen 452 641 Kräfte in Nietverbindungen 454 642 Berechnung der Beanspruchungen in Nietverbindungen 457 643 Beanspruchbarkeit einer Nietverbindung 458 65 Literatur 462 Kapitel 7 Schweißen 465 71 466 72 Funktion und Wirkung 468 73 Herstellen und Prüfen von Schweißverbindungen 469 731 Schweißverfahren 470 732 Schweißeignung der Werkstoffe 476 733 Schweißpositionen 479 734 Stoßund Nahtarten sowie Nahtformen beim Schmelzschweißen 479 735 Stoß und Nahtarten sowie Nahtformen beim Pressschweißen 485 736 Gütesicherung von Schweißnähten 487 74 Gestaltung von Schweißverbindungen 489 741 Allgemeine Gestaltungsregeln 490 742 Gestaltungsregeln im Stahlhoch, Kran und Brückenbau 499 743 Gestaltungsregeln im Kessel und Druckbehälterbau 502 744 Gestaltungsregeln für Pressschweißverbindungen 503 WMi
'' ",, * ' 597 ' " * INHALTSVERZEICHNIS 75 Festigkeit von Schweißverbindungen 504 751 Festigkeitsnachweis im allgemeinen Maschinenbau 507 752 Festigkeitsnachweis nach der alten DIN 15018 520 753 Festigkeitsnachweis von Pressschweißverbindungen 529 76 Literatur 533 J;i* Kapitel 8 Schrauben und Schraubenverbindungen 539 81 540 ~ 82 Funktion und Wirkung 541 ; 821 Gewindearten und Gewindebezeichnungen 542 822 Schrauben und Mutternwerkstoffe sowie Herstellung 546 823 Grundformen von Schrauben, Muttern und Sicherungen 550?3> t?:wj 83 Kräfte und Momente im Gewinde 557 84 Gestaltung und Beanspruchung von Schraubenverbindungen 561 841 Gestaltung der Gewindeteile 562 <;V;3g,' 842 Gestaltung der Schraubenverbindungen 564 " 843 Grundlagen zur Berechnung von Schraubenverbindungen 570 * 844 Kräfte und Verformungen bei statischer Betriebskraft als Längskraft 574 845 Kräfte und Verformungen bei dynamischer Betriebskraft 3 als «j Längskraft 576 3 846 Einfluss '; der Krafteinleitung in die Verbindung 577 847 Kräfte 1 und Verformungen bei Verwendung von Dehnschrauben 580 848 Setzen der Verbindung 580 s 849 Kräfte und Verformungen bei statischer oder /* dynamischer Querkraft 582 8410 Sichern von Schraubenverbindungen 588 \$ 1 85 : Montage von Schraubenverbindungen ' 590 '"''* >3 851 Streuung der Montagevorspannkraft beim Anziehen 590 3 fi,:s ' * T ' '''' 852 Kräfte und Momente beim Anziehen und Lösen 593 86 Festigkeit von Schraubenverbindungen 595 j 861 Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Berechnung 596 \J 862 Überschlägige Schraubenberechnung nach VDI 2230 597 J 863 Schraubenauswahl und Beanspruchbarkeit im Maschinenbau i "1 ( 864 Einhaltung der maximal zulässigen Schraubenkraft 602 865 Einhaltung der maximal zulässigen * Dauerschwingbeanspruchung 602 866 j Einhaltung der Flächenpressung an der Schraubenkopf und <i Mutterauflagefläche sowie im Gewinde 605 1 867 Beanspruchbarkeit von Schrauben im Kran und Stahlbau 607 "II ; ' 868 Konstruktive Maßnahmen zur Steigerung der Dauerfestigkeit 609 87 Bewegungsschrauben und Spindeln 611 'tfll 871 Kinematik der Bewegungsschraube 613 rjj 872 Auslegung und Berechnung von Spindel und Mutter 614 88 Literatur 617 jm g^yj^sy«^^!'"'s^jf
105, 923 " 95 1131 Überschlägiger Inhaitsverzeichnts Kapitel 9 Stift, Bolzenverbindungen und Sicherungselemente 623 91 624 92 Funktion und Wirkung 624 921 Stifte Bauformen, Werkstoffe, Normen und Einsatzbeispiele 624 922 Bolzen Bauformen, Werkstoffe, Normen und Einsatzbeispiele 630 Sicherungselemente Bauformen, Werkstoffe, Normen und Einsatzbeispiele 631 93 Beanspruchung von Stift, Bolzenverbindungen sowie Sicherungselementen 634 931 Stiftverbindungen 634 932 Bolzenverbindungen 637 933 Sicherungselemente 642 94 Festigkeit von Stift, Bolzen Verbindungen sowie Sicherungselementen 643 941 Beanspruchbarkeit von Stift und Bolzenverbindungen 643 942 Beanspruchbarkeit von Sicherungselementen 646 Literatur 646 ; Kapitel 10 Federn 649 '* 101 650 102 Funktion und Wirkung von Federn 653,'! 1021 Federkennlinie und Federrate 655 1022 Arbeitsvermögen und Wirkungsgrad 656 1023 Nutzungsgrad 657 1024 Dämpfungsvermögen 659 1025 Zusammenschaltung von Federn 660, 1026 Metallische Werkstoffe für Federn 662 1027 Nichtmetallische Werkstoffe für Federn 663 103 Gestaltung und Beanspruchung von Federn 665 1031 ZugDruckfedern 666 1032 Biegefedern 673 1033 Torsions(Dehnungs)federn 687 1034 Gummifedern 700 104 Festigkeit von Federn 707 1041 Beanspruchbarkeit von Metallfedern 708 Jfe^^ft^ *"v ' 1042 Beanspruchbarkeit von Gummifedern 715 Literatur 716 Kapitel 11 Wellen und Achsen 719 ni 112 Funktion und Wirkung 720 721 1121 Bauformen von Wellen und Achsen 723 1122 Werkstoffe, Halbzeuge und Herstellung 113 Gestaltung und Berechnung B eanspruchungs und verformungsgerechte Gestaltung 1132 Angreifende Kräfte und Momente 1133 Entwurfsberechnung 728 von Wellen und Achsen 729 731 737 Wellendurchmesser 742
INHALTSVERZEICHNIS 114 Festigkeit von Wellen und Achsen 1141 Nachweis der Sicherheit gegen Überschreiten der 744 Dauerfestigkeit 746 1142 Nachweis der Sicherheit im Zeitfestigkeitsbereich unter Verwendung von Lastkollektiven 1143 Nachweis der Sicherheit gegen Überschreiten der Fließgrenze und Gewaltbruch 1144 Nachweis der Einhaltung der zulässigen Flächenpressung 760 764 1145 Nachweis der Einhaltung der zulässigen Verformung 771 115 Dynamisches Verhalten von Wellen und Achsen 776 1151 Biegeschwingungen 776 771 1153 Auswuchten 116 Literatur 780 784 787 Kapitel 12 WelleNabeVerbindungen 793 121 Einleitung, Funktion und Wirkung 794 122 Formschlüssige WelleNabeVerbindungen 798 1221 Passfedern und Scheibenfedern 798 1222 Keilwellen und Zahn Wellenverbindungen 801 1223 Polygon Wellenverbindungen 804 1224 Stirnzahnverbindung 807 123 Reibschlüssige WelleNabeVerbindungen 808 1231 Zylindrische Pressverbindungen 811 1232 Konische Press Verbindungen (Kegelpressverbindungen) 822 1233 Gestaltung von Pressverbindungen 826 1234 Klemmverbindungen 828 124 Vorgespannte Formschlussverbindungen 831 1241 LängskeilVerbindungen 832 1242 Weitere Keilverbindungen 834 125 Spannelementverbindungen 834 1251 RingkegelSpannelemente, Spannsätze und Schrumpfscheiben 835 1252 Sternscheiben, Druckhülsen und Toleranzringe 839 1253 Hydraulische Spannbuchsen 840 126 Festigkeitsabfall in WelleNabeVerbindungen 841 127 Literatur 842 Kapitel 13 Kupplungen und Bremsen 847 131 848 132 Funktion und Wirkung 848 133 Berechnungsgrundlagen zur Auslegung von Kupplungen und Bremsen 854 1331 Betriebsverhalten von Antriebsmaschine, Kupplung und Arbeitsmaschine 854 1332 Auslegung von nicht schaltbaren Kupplungen 857 1333 Auslegung von schaltbaren Kupplungen 863 1334 Auslegung von mechanischen Bremsen 867 10
Inhaltsverzeichnis 134 Bauarten von nichtschaltbaren Kupplungen 870 1341 Starre Kupplungen 870 1342 Nachgiebige Wellenkupplungen 872 135 Bauarten von schaltbaren Kupplungen 892 1351 Fremdbetätigte Kupplungen 892 1352 Selbsttätig schaltende Kupplungen 895 136 Bauarten von Bremsen 899 1361 Trommelbremsen (Backenbremsen) 899 1362 Scheibenbremsen und Kegelbremsen 902 137 Literatur 905 Register 909 11