Inhaltsverzeichnis Mechanik I. Statik starrer Körper in der Ebene Formelzeichen und Einheiten 1 1. Grundlagen 2 1.1. Die Kraft 2 1.2. Das Kräftepaar 2 1.3. Das Moment einer Einzelkraft 3 1.4. Das Versatzmoment 4 1.5. Die drei Grundoperationen der Statik 4 1.6. Das Freimachen der Körper 5 2. Zusammensetzen, Zerlegen und Gleichgewicht von Kräften in der Ebene 8 2.1. Das zentrale Kräftesystem 8 2.2. Das allgemeine Kräftesystem 12 3. Schwerpunkt 18 3.1. Rechnerische Bestimmung des Schwerpunktes 18 3.2. Zeichnerische Bestimmung des Schwerpunktes 20 3.3. Beispiel zur Schwerpunktbestimmung 21 4. Guldinsche Regeln 22 4.1. Oberfläche eines Umdrehungskörpers 22 4.2. Rauminhalt eines Umdrehungskörpers 22 5. Reibung 23 5.1. Gleitreibung 23 5.2. Haftreibung 25 5.3. Bestimmung der Reibzahlen 25 5.4. Reibung auf der schiefen Ebene, 26 5.5. Reibung an der Schraube 29 \ II. Dynamik Formelzeichen und Einheiten 31 1. Bewegungslehre (Kinematik) 32 2. Mechanische Arbeit und Leistung, Wirkungsgrad, Übersetzung 32 2.1. Mechanische Arbeit 32 2.2. Leistung 36 2.3. Wirkungsgrad 37 2.4. Übersetzung 37 http://d-nb.info/860840735
VI Inhaltsverzeichnis 3. Dynamik der Verschiebebewegung (Translation) 39 3.1. Dynamisches Grundgesetz 39 3.2. Energie, Energieerhaltungssatz 42 3.3. Wuchtssatz (Arbeitssatz) 43 3.4. Impuls, Impulserhaltungssatz 45 3.5. d'alembertscher Satz 47 4. Dynamik der Drehung (Rotation) 48 4.1. Dynamisches Grundgesetz der Drehung 48 4.2. Trägheitsmoment, Trägheitsradius 49 4.3. Bewegungsenergie bei Drehung 51 4.4. Wuchtsatz 52 4.5. Drehimpuls (Drall) 52 4.6. Fliehkraft 53 5. Gegenüberstellung der Gesetze für Drehung und Schiebung 59 Festigkeitslehre Formelzeichen und Einheiten 60 I. Allgemeines 1. Aufgaben der Festigkeitslehre 61 2. Schnittverfahren 61 2.1. Arbeitsplan zum Schnittverfahren 61 2.2. Anwendungsbeispiel: Stirnradzahn» 62 2.3. Anwendungsbeispiel: Schwingende Kurbelschleife 63 3. Spannung 64 3.1. Spannungsbegriff 64 3.2. Spannungsarten 65 4. Formänderung 65 5. Hookesches Gesetz 66 II. Die einzelnen Beanspruchungsarten 1. Zug und Druck 67 1.1. Spannung 67 1.2. Elastische Formänderung 68 2. Biegung 74 2.1. Spannung 74 2.2. Flächenmomente 2. Grades und Widerstandsmomente 78 2.3. Rechnerische Bestimmung der Stützkräfte, Querkräfte und Biegemomente 79 2.4. Zeichnerische Bestimmung der Stützkräfte, Querkräfte und Biegemomente 83 2.5. Übungen zur Ermittlung des Biegemomentenverlaufs 86
Inhaltsverzeichnis VII 3. Abscheren 89 3.1. Spannung 89 4. Torsion 91 4.1. Spannung 91 4.2. Herleitung der Torsions-Hauptgleichung 92 4.3. Formänderung 93 5. Flächenpressung 95 5.1. Flächenpressung ebener Flächen 95 5.2. Flächenpressung gewölbter Flächen 97 III. Zusammengesetzte Beanspruchung 1. Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Normalspannungen 99 1.1. Zug und Biegung 99 1.2. Druck und Biegung ; 101 2. Gleichzeitiges Auftreten mehrerer Schubspannungen 102 2.1. Torsion und Abscheren 102 3. Gleichzeitiges Auftreten von Normal-und Schubspannungen 103 3.1. Vergleichsspannung 103 3.2. Die einzelnen Beanspruchungsfälle 104 Werkstoffkunde / I. Werkstoffeigenschaften II. Metallkundliche Grundlagen 1. Reine Metalle 111 1.1. Metallgitter 111 2. Verhalten des Metallgitters bei physikalischen Vorgängen 113 2.1. Kristallisation 113 2.2. Schmelzvorgang 113 2.3. Anisotropie 113 2.4. Kaltverformung 113 2.5. Kaltverfestigung 114 2.6. Rekristallisation 115 2.7. Warmverformung 115 2.8. Diffusion in Legierungen 115 3. Legierungen aus zwei Stoffen 116 3.1. Thermische Analyse, Zustandsschaubild 116 3.2. Phasenregel nach Gibbs 118 3.3. Legierungstypen 118 3.4. Kristall-und Gefügestörungen und ihre Auswirkungen 122
VIII Inhaltsverzeichnis III. Eisen-Kohlenstoff-Diagramm und Wärmebehandlung 1. Eisen-Kohlenstoff-Diagramm 123 1.1. Erstarrungsformen 123 1.2. Gefügebestandteile 125 1.3. Umwandlungsvorgänge 125 1.4. Die Wirkungen von Beimengungen und Legierungsstoffen 127 2. Die Wärmebehandlung der Stähle 128 2.1. Glühen 129 2.2. Härten und Vergüten 131 2.3. Randschichthärten 136 2.4. Aushärten 139 IV. Stahlsorten, Stahl- und Eisenwerkstoffe 1. Benennung von Eisen und Stahl 140 2. Stähle nach Gruppen geordnet 142 2.1. Allgemeine Baustähle 142 2.2. Vergütungsstähle 142 2.3. Stähle für Flamm- und Induktionshärtung 142 2.4. Nitrierstähle 142 2.5. Federstähle 142 2.6. Einsatzstähle 143 2.7. Automatenstähle 143 2.8. Werkzeugstähle 143 3. Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffe 147 3.1. Übersicht und Begriffe 147 3.2. Stahlguß 147 3.3. Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffe...' 148 3.4. Sonderguß 151 V. Prüfung metallischer Werkstoffe 1. Prüfung der Härte 151 1.1. Härteprüfung nach Brinell 151 1.2. Härteprüfung nach Vickers 153 1.3. Härteprüfung nach Rockwell 154 1.4. Vergleich der Härtewerte 155 2. Der Zugversuch 155 2.1. Zugproben 156 2.2. Versuchsablauf 156 2.3. Spannungs-Dehnungs-Diagramm 156 2.4. Werkstoffkennwerte 157 3. Der Kerbschlagbiegeversuch 158 3.1. Versuchsablauf 158 3.2. Auswertung 159
Inhaltsverzeichnis IX 4. Prüfung der Festigkeit bei höheren Temperaturen 159 4.1. Standversuche, Zeitstandversuch 160 5. Prüfung der Festigkeit bei schwingender Beanspruchung.. 160 5.1. Ermittlung der Biegewechselfestigkeit 160 5.2. Dauerfestigkeitsschaubild 161 Spanende Fertigungsverfahren I. Drehen 1. Bewegungen 162 2. Zerspangeometrie 164 2.1. Schnitt-und Spanungsgrößen 164 2.2. Schneiden, Flächen und Winkel am Drehmeißel 165 2.3. Werkzeugstellung und Wirkwinkel 169 2.4. Winkel an der Hartmetallschneide 170 3. Kräfte und Leistungen 170 4. Wahl der Schnittgeschwindigkeit 172 4.1. Einflüsse auf die Schnittgeschwindigkeit... : 172 5. Berechnung der Prozeßzeit 174 II. Hobeln 1. Bewegungen 176 2. Zerspangeometrie 177 3. Kräfte und Leistungen 177 4. Wahl der Schnittgeschwindigkeit 177 5. Berechnung der Prozeßzeit 177 III. Räumen 1. Bewegungen 178 2. Zerspangeometrie 179 3. Schnittkraft 180 4. Wahl der Schnittgeschwindigkeit, 180 5. Berechnung der Prozeßzeit 181 IV. Fräsen 1. Bewegungen..! 181 2. Zerspangeometrie 1^3 2.1. Schnitt-und Spanungsgrößen 184 2.2. Flächen und Winkel am Fräserzahn 186 2.3. Wahl der Werkzeugwinkel 187
X Inhaltsverzeichnis 3. Kräfte und Leistungen 187 4. Wahl der Schnittgeschwindigkeit 190 5. Berechnung der Prozeßzeit 192 V. Bohren 1. Bewegungen 195 2. Zerspangeometrie 195 3. Kräfte und Leistungen 197 4. Wahl der Schnittgeschwindigkeit 198 5. Berechnung der Prozeßzeit 201 Maschinenelemente I. Normzahlen und Passungen 1. Allgemeines 202 2. Normzahlen 202 3. Gerundete Normzahlen 202 4. ISO-Passungen 203 4.1. Grundbegriffe 203 4.2. Toleranzsystem 204 4.3. Paßsysteme 205 4.4. Passungsarten 205 5. Maßtoleranzen 206 6. Eintragung von Toleranzen in Zeichnungen 206 7. Verwendungsbeispiele für Passungen 207 II. Schraubenverbindungen 1. Allgemeines 208 2. Gewinde 208 2.1. Gewindearten 208 2.2. Gewindeabmessungen 209 3. Schrauben und Muttern 209 3.1. Schraubenarten 209 3.2. Mutterarten 209 3.3. Ausführung und Werkstoffe 210 4. Schraubensicherungen 211 4.1. Kraftschlüssige Sicherungen 211 4.2. Formschlüssige Sicherungen 211 5. Scheiben 212 6. Berechnung der Befestigungsschrauben 212 6.1. Verspannungsschaubild 212 6.2. Herleitung der Kräfte-und Formänderungsgleichungen 214 6.3. Berechnung der Nachgiebigkeiten und des Kraftverhältnisses 216
Inhaltsverzeichnis XI 6.4. Krafteinleitungsfaktoren 219 6.5. Zusammenstellung der Berechnungsformeln ~ 222 6.6. Berechnungsbeispiel einer Flanschverschraubung 228 6.7. Berechnung bei Aufnahme einer Querkraft 231 6.8. Berechnungsbeispiel einer Tellerradverbindung 232 III. Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente 1. Allgemeines 235 2. Bolzen 235 2.1. Formen und Verwendung 235 2.2. Berechnung der Bolzenverbindung 235 3. Stifte 236 3.1. Kegelstifte 236 3.2. Zylinderstifte 236 3.3. Kerbstifte, Kerbnägel.. 237 3.4. Spannstifte 237 4. Bolzensicherungen 237 5. Gestaltung der Bolzen-und Stiftverbindungen 238 IV. Federn 1. Allgemeines 239 2. Federkennlinien, Federarbeit 239 3. Federwerkstoffe 239 4. Drehbeanspruchte Metall-Federn 240 4.1. Drehstabfedern 240 4.2. Schraubenfedern 240 V. Achsen, Wellen und Zapfen 1. Allgemeines 248 2. Werkstoffe, Normen 248 3. Berechnung der Achsen 248 4. Berechnung der Wellen 249 4.1. Torsionsbeanspruchte Wellen 249 4.2. Torsions-und biegebeanspruchte Wellen 249 4.3. Lange Wellen 250 5. Auszuführende Achsen- und Wellendurchmesser 251 6. Berechnung der Zapfen 251 6.1. Achszapfen 251 6.2. Wellenzapfen 251 7. Gestaltung 252 7.1. Allgemeine Richtlinien 252 7.2. Die wichtigsten DIN-Normen zum Konstruktionsentwurf einer Getriebewelle... 253 7.3. Sonderausführungen 254
Xll Inhaltsverzeichnis VI. Nabenverbindungen 1. Übersicht 256 2. Zylindrische Preßverbände 259 2.1. Begriffe an Preßverbänden 259 2.2. Zusammenstellung der Berechnungsformeln 260 2.3. Berechnungsbeispiel 265 3. Keglige Preßverbände 268 3.1. Begriffe am Kegel 268 3.2. Zusammenstellung der Berechnungsformeln 269 3.3. Berechnungsbeispiel 271 4. Klemmsitzverbindungen 272 5. Paßfederverbindungen 273 VII. Kupplungen 1. Allgemeines 274 2. Feste Kupplungen 274 2.1. Scheibenkupplung 274 2.2. Schalenkupplung 276 3. Bewegliche, unelastische Kupplungen 277 4. Elastische Kupplungen 277 4.1. Anwendung 277 4.2. Elastische Stahlbandkupplung 277 4.3. Elastische Bolzenkupplung 278 4.4. Hochelastische Kupplungen 278 5. Schaltkupplungen 279 5.1. Mechanisch betätigte Schaltkupplung 279 5.2. Elektrisch betätigte Schaltkupplungen 280 5.3. Hydraulisch und pneumatisch betätigte Schaltkupplungen 281 VIII. Wälzlager 1. Allgemeines 282 2. Wälzlager 282 2.1. Eigenschaften und Verwendung 282 2.2. Bauformen 282 2.3. Baumaße, Kurzzeichen 284 2.4. Berechnung umlaufender Wälzlager 285 2.5. Berechnung stillstehender oder langsam umlaufender Wälzlager 286 2.6. Gestaltung der Lagerstellen 286 2.7. Schmierung der Wälzlager 288 2.8. Lagerdichtungen 288 2.9. Einbaubeispiele 289 2.10. Berechnungsbeispiele 290
Inhaltsverzeichnis XIII Steuerungstechnik I. Grundbegriffe der Steuerungstechnik 1. Definitionen, Bezeichnungen 292 2. Steuerungsarten 294 2.1. Führungssteuerung und Haltegliedsteuerung 295 2.2. Programmsteuerungen 295 2.3. Gegenüberstellung von Steuerungsarten 297 3. Graphische Darstellung von Steuerungsabläufen 298 3.1. Bewegungsdiagramme 298 3.2. Funktionsdiagramme 300 II. Grundelemente logischer Schaltungen i 1. NICHT 303 2. UND-NAND 303 3. ODER-NOR 306 4. Exclusiv-ODER 309 5. NOR und NAND universelle Logikbausteine 312 6. Lehrbeispiele 314 III. Schaltalgebra 1. Grundregeln der Schaltalgebra 317 1.1. Inversionsgesetze 318 1.2. Distributives Gesetz 319 2. Karnaugh-Diagramme 324 2.1 Karnaugh-Diagramm für zwei Variable 325 2.2. Karnaugh-Diagramm für drei Variable 326 2.3. Karnaugh-Diagramm für vier Variable 328 2.4. Karnaugh-Diagramm für fünf Variable 333 3. Der Speicher als Element der Schaltalgebra 339 3.1. Statische Speicher 340 3.2. Speicherlement aus NOR-Elementen 341 4. Zählspeicher 343 4.1. Logikplan von Zählspeichern 344 4.2. Aufbau eines Dualzählers 345 4.3. Umsetzung des Dualzählers in das Dezimalsystem 347
XIV Inhaltsverzeichnis IV. Technische Ausführung von digitalen Steuerelementen 1. Elektromechanische Bauteile 352 1.1. Elektromechanische NICHT-Stufe 352 1.2. Elektromechanische ODER-NOR-Stufe 352 1.3. Elektromechanische UND-NAND-Stufe 353 1.4. Elektromechanisches Exclusiv-ODER-Element 353 1.5. Elektromechanischer Speicher 354 1.6. Elektromechanischer Zeitschalter 354 1.7. Elektromechanische Verzögerungsschaltung 355 1.8. Elektromechanischer Impulswandler 356 1.9. Impulserzeuger 356 2. Elektronische Bauteile 357 2.1. Der Transistor als Schalter 357 2.2. Elektronische NICHT-Stufe 359 2.3. Elektronische ODER-NOR-Stüfe 359 2.4. Elektronische UND-NAND-Stufe 360 2.5. Elektronischer Speicher 360 2.6. Elektronischer Zählspeicher 362 2.7. Elektronisches Zeitrelais 362 2.8. Elektronischer Taktgeber 364 2.9. Integrierte Schaltungen 365 3. Fluidik-Elemente 366 3.1. Fluidik-ODER-NOR-Stufe 367 3.2. Fluidik-UND-NAND-Stufe 368 3.3. Fluidik-Speicherelement 368 4. Schaltlogik mit Hilfe des Pneumistors 369 4.1. OD ER-Stufe 370 4.2. UND-Stufe 371 4.3. Speicherelement 371 5. Steuerschaltungen mit Fluidik-Elementen 373 6. Pneumatische Elemente..! 375 6.1. Pneumatische NICHT-Stufe 376 6.2. Pneumatische ODER-NOR-Stufe 376 6.3. Pneumatische UND-NAND-Stufe 376 6.4. Pneumatische Speicherschaltungen 377 6.5. Pneumatische Zählspeicher 379 Sachwortverzeichnis 380