Köhler/Rögnitz Maschinenteile 1

478 Pages·2003·24.1 MB·German

by  Bernd Künne (auth.)

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Bernd Künne
Köhler/Rögnitz Maschinenteile 1
Bernd Künne
Köhler/Rögnitz
Maschinenteile
Köhler/Rögnitz Maschinenteile 1
9., überarbeitete und aktualisierte Auflage 2003
475 Seiten mit 537 Abbildungen, Tabellen und Diagrammen sowie
zahlreichen Beispielrechnungen
Inhalt des ersten Teils:
Einführung in das Konstruieren und Gestalten von Maschinenteilen -
Grundlagen der Festigkeitsberechnung - Normen - Nietverbindungen -
Stoffschlüssige Verbindungen - Reib- und Formschlüssige Verbindungen -
Schraubenverbindungen - Federn - Rohrleitungen und Armaturen -
Dichtungen
Köhler/Rögnitz Maschinenteile 2
9., überarbeitete und aktualisierte Auflage gepl. Ende 2003
ca. 510 Seiten mit zahlreichen Abbildungen, Tabellen und Diagrammen
sowie Beispielrechnungen
Inhalt des zweiten Teils:
Achsen und Wellen - Gleitlager - Wälzlager - Kupplungen und Bremsen -
Kurbelbetrieb - Kurvengetriebe - Zugmittelgetriebe - Zahnrädergetriebe
Bernd Künne
Köhler/Rögnitz
Maschinenteile 1
9. überarbeitete und aktualisierte Auflage
mit 537 Abbildungen, Tabellen und Diagrammen
sowie zahlreichen Beispielrechnungen
Teubner
B. G. Teubner Stuttgart· Leipzig· Wiesbaden
Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliographie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.ddb.de> abrufbar.
Herausgegeben und bearbeitet von
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Künne, Fachgebiet Maschinenelemente, Universität Dortmund.
Begründet von
Baudirektor Dipl.-Ing. Günter Köhler, Direktor der Staatl. Ingenieurschule Beuth, Berlin, und Ober
baurat Dr.-Ing. Hans Rögnitz, Staatl. Ingenieurschule Beuth, Berlin.
Ab der 4. Auflage herausgegeben und maßgeblich bearbeitet von
Professor Dr.-Ing. Joachim Pokorny, Universität Gesamthochschule Paderborn, ehem. Oberbaudirek
tor, Leiter der Staat I. Ingenieurschule für Maschinenwesen Soest.
Bearbeitet u.a. von
Professor Dipl.-Ing. Karl-Heinz Küttner, Technische Fachhochschule Berlin,
Professor Dipl.-Ing. Erwin Lemke, Technische Fachhochschule Berlin,
Professor Dipl.-Ing. Gerhart Schreiner, Fachhochschule für Technik, Mannheim
Professor Dipl.-Ing. Udo Zelder, Universität Gesamthochschule Paderborn,
Professor Dipl.-Ing. Lothar Hägele, Fachhochschule Aalen
1. Aufl. 1960
3. Aufl. 1965
4. Aufl. 1968
5. Aufl. 1976
6. Aufl. 1981
7. Aufl. 1986
8. Aufl. 1992
9. überarbeitete und aktualisierte Auflage 2003
Alle Rechte vorbehalten
© B. G. Teubner / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2003
Der B. G. Teubner Verlag ist ein Unternehmen der Fachverlagsgruppe BertelsmannSpringer.
www.teubner.de
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. jede Verwer
tung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung
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Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elek
tronischen Systemen.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk
berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im
Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher
von jedermann benutzt werden dürften.
Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
ISBN 978-3-519-16341-1 ISBN 978-3-322-92672-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-92672-2
Vorwort
In der heutigen Zeit werden an die Kenntnisse von Ingenieurinnen und Ingenieuren zahlreiche
neue Anforderungen gestellt. So ist es neben den "klassischen" Gebieten des Maschinenbaus
erforderlich, umfangreiches Fachwissen auch in planerischen, organisatorischen und logisti
schen Bereichen zu besitzen. Dennoch kann auf die wesentlichen Inhalte der Grundlagenfacher
nicht verzichtet werden. Vielmehr ist es notwendig, die Kenntnisse aus diesen Bereichen
schnell, übersichtlich und nachvollziehbar zur Verfügung zu haben. Geeignete Fachbücher
können daher auch durch die neuen Medien nicht ersetzt werden.
Das Buch "Köhler/Rögnitz Maschinenteile" stellt ein traditionsreiches Werk auf dem Gebiet
der Maschinenelemente dar, das in der Vergangenheit als wertvolle Hilfe nicht nur für Studie
rende, sondern auch für Konstrukteurinnen und Konstrukteure in der beruflichen Praxis diente.
Nachdem die achte Auflage mittlerweile vergriffen war, stellte sich die Aufgabe, die fur die
neunte Auflage erforderlichen Änderungen und Aktualisierungen vorzunehmen. Leider stand
hierfür Herr Professor Dr.-Ing. 1. Pokorny, der sich in jahrzehntelanger mühevoller Arbeit die
ser Aufgabe gewidmet hatte, nicht mehr zur Verfügung. Aus diesem Grunde erklärte ich mich
bereit, als Herausgeber der neunten Auflage mitzuwirken und dadurch das Buch im Sinne des
bisherigen Herausgebers und der Autoren weiterzuführen. Auf diesem Wege entstand die vor
liegende neunte Auflage des Teils 1 "Köhler/Rögnitz Maschinenteile".
Mit der Neuausgabe eines derartig renommierten Werkes geht die Schwierigkeit einher, Be
währtes fortzufuhren und gleichzeitig die Inhalte und den Aufbau so an die geänderten Rand
bedingungen anzupassen, dass die Aktualität der vermittelten Informationen erhalten bleibt.
Um dieser Zielsetzung gerecht zu werden, wurden neben der inhaltlichen Überarbeitung auch
einige formale Änderungen durchgefuhrt. Als wichtigstes ist hierbei der Verzicht auf den bis
herigen Anhang in Form von Arbeitsblättern zu nennen. Statt dessen erfolgte eine Einarbeitung
der Inhalte in die entsprechenden Kapitel. Hierdurch konnte der gesamte Inhalt deutlich kom
pakter aufbereitet werden.
Der inhaltliche Rahmen wurde ebenso wie die Untergliederung in zwei Teile beibehalten. Ein
erheblicher Aktualisierungsbedarf bestand insbesondere bei verwendeten Normen. Gerade in
diesem Bereich haben sich in der letzten Jahren starke Veränderungen durch die Anpassung an
europäische und internationale Standards ergeben. Der Stand der aufgenommenen Normen ent
spricht dem Zeitpunkt der Drucklegung.
Das vorliegende Lehr- und Arbeitsbuch soll dem Leser die erforderlichen Kenntnisse über die
wesentlichen Maschinenelemente vermitteln. Die Darstellung des Stoffes fuhrt dabei von der
AufgabensteIlung über die Funktion, Berechnung und Gestaltung zu Lösungsmöglichkeiten.
Hierbei werden die erforderlichen Berechnungsgleichungen hergeleitet, die physikalischen
Abhängigkeiten aufgezeigt und Problembereiche betrachtet.
4 Vorwort
Im Teil 1 des Werks "Köhler/Rögnitz Maschinenteile" wird zunächst im Abschnitt I eine "Ein
flihrung in das Konstruieren und Gestalten von Maschinenteilen" vorgenommen. Nach einer
kurzen Betrachtung konstruktionsmethodischer Gesichtspunkte werden Gestaltungsregeln für
Gussteile dargestellt und an Gut-Schlecht-Beispielen verdeutlicht. Gestaltungsregeln für die
übrigen Maschinenteile werden in den jeweiligen Abschnitten betrachtet. Das Unterkapitel
Werkstoffe im Abschnitt 1 behandelt die wichtigsten Werkstoffarten und liefert die für die Be
rechnung erforderlichen Kennwerte.
Der Abschnitt 2 beinhaltet die "Grundlagen der Festigkeitsberechnung". Dieser Abschnitt soll
keineswegs die einschlägige Fachliteratur und Lehrveranstaltungen auf dem betreffenden Ge
biet ersetzen. Vielmehr sollen die wichtigsten Grundlagen in komprimierter Form so dargestellt
werden, dass die für die Konstruktion erforderlichen Kenntnisse zügig wiederholt werden kön
nen. Hierzu gehören sowohl die im Bauteil vorhandenen Spannungen und die Festigkeitshypo
thesen als auch die Bestimmung der zulässigen Spannungen. Weiterhin wird das Ermitteln un
bekannter Kräfte und Momente dargestellt. In den nachfolgenden Abschnitten werden die je
weils erforderlichen Berechnungsformeln fur die Auslegung und Nachrechnung der Maschi
nenteile wieder aufgegriffen.
Im Abschnitt 3 werden "Normen" behandelt, die flir die Erstellung von Konstruktionen und
insbesondere fur deren Ausarbeitung hilfreich sein können. Hierzu gehören die Normzahlen,
die Oberflächenangaben sowie Toleranzen und Passungen.
Die folgenden Abschnitte beinhalten die Themen "Nietverbindungen", "Stoffschlüssige Ver
bindungen", "Reib- und formschlüssige Verbindungen", "Schraubenverbindungen", "Federn",
Rohrleitungen und Armaturen" und "Dichtungen". Dabei werden die jeweiligen Maschinentei
le zunächst bezüglich ihrer Aufgabe und ihrer Funktion betrachtet. Im Anschluss hieran erfolgt
die Behandlung der wichtigsten Dimensionierungsregeln. Die meisten der Abschnitte enthalten
zahlreiche Anwendungs- und Gestaltungsbeispiele, die dazu dienen sollen, Anregungen für ei
gene Konstruktionen zu geben und Fehler zu vermeiden.
Jedem Abschnitt ist eine Zusammenstellung der wichtigsten Nomen vorangestellt; weitere
Verweise auf Normen befinden sich innerhalb der Abschnitte. Hierdurch soll einerseits die
Möglichkeit gegeben werden, ggf. fehlende Informationen aus den entsprechenden Normen zu
entnehmen und andererseits die inhaltliche Beschäftigung mit geltenden Normen angeregt
werden. Empfehlenswert ist in diesem Zusammenhang das ebenfalls im B. G. Teubner Verlag
erschienene Buch "Klein: Einführung in die DIN-Normen" sowie die Seite .. www.beuth.de ...
Es wurde versucht, die verwendeten Formelzeichen möglichst einheitlich zu gestalten. Dabei
musste vereinzelt von den Bezeichnungen abgewichen werden, die in den betreffenden DIN
Normen genannt werden. Um eine bessere Übersicht geben zu können, beinhaltet jeder Ab
schnitt eine Zusammenstellung der verwendeten Formelzeichen. Bei den angegebenen Glei
chungen handelt es sich fast ausschließlich um Größengleichungen nach DIN 1313, in die die
einzelnen physikalischen Größen in beliebiger Einheit (SI-Einheiten oder abgeleitete SI
Einheiten) eingesetzt werden können. Oftmals ist zusätzlich eine sinnvolle Einheit für die ein
zelnen Werte angegeben, die jedoch lediglich zur besseren Übersicht dienen soll. Nur an den
Stellen, wo es unvermeidbar ist, werden auf bestimmte Einheiten zugeschnittene Größen- bzw.
Zahlenwertgleichungen verwendet. Hier ist es unbedingt erforderlich, die Größen in der ange
gebenen Einheit einzusetzen, um ein sinnvolles Ergebnis zu erhalten.
Vorwort 5
Abschließend möchte ich allen danken, die direkt oder indirekt zum Gelingen dieses Buches
beigetragen haben. Hier sind zunächst die bisherigen Autoren und insbesondere der bisherige
Herausgeber, Herr Professor Dr.-Ing. J. Pokomy, zu nennen. Mein Dank gebührt auch allen
studentischen Hilfskräften, die bei der Erfassung der Texte und bei der formalen Ausgestaltung
mitgewirkt haben. Herrn Dr. Martin Feuchte vom B. G. Teubner Verlag danke ich für die Un
terstützung und Förderung des Werkes.
Ich würde mich freuen, auch weiterhin Anregungen aus den Kreisen der Benutzer zu erhalten.
Dortmund, im Januar 2003 Bemd Künne
Inhalt
1 Einführung in das Konstruieren und Gestalten von Maschinenteilen
1.1 Allgemeine Gesichtspunkte ftir das Konstruieren .................................................... 11
1.2 Grundlagen der Gestaltung ...................................................................................... 13
Literatur ............................................................................................................................ 26
1.3 Werkstoffe ................................................................................................................ 28
Literatur ............................................................................................................................ 44
2 Grundlagen der Festigkeitsberechnung
2.1 Spannungszustand und Beanspruchungsarten ......................................................... .45
2.2 Festigkeitshypothesen .............................................................................................. 56
2.3 Grenzspannungen ..................................................................................................... 59
2.4 Ermitteln unbekannter Kräfte und Momente
(Frei schneiden von Bauteilen) .................................................................................. 79
Literatur ....................................................................................................................... 89
3 Normen
3.1 Normzahlen .............................................................................................................. 92
3.2 Toleranzen und Passungen ....................................................................................... 92
3.3 Technische Oberflächen ......................................................................................... 108
Literatur .......................................................................................................................... 114
4 Nietverbindungen
4.1 Werkstoffe ftir Bauteile und Niete ......................................................................... 117
4.2 Herstellung von Nietverbindungen, Nietformen, Nahtform ................................... 118
4.2.1 Setzkopf, Schaft, Schließkopf ..................................................................... 1 18
4.2.2 Warmnietung .............................................................................................. 120
4.2.3 Kaltnietung ................................................................................................. 121
4.2.4 Nahtformen ................................................................................................. 121
4.3 Berechnungsgrundlagen ......................................................................................... 122
4.3.1 Berechnen von Nietverbindungen im Stahlbau ........................................... 123
4.3.2 Nietverbindungen im Leichtmetallbau ........................................................ 134
Literatur .......................................................................................................................... 138
Inhalt 7
5 Stoffschlüssige Verbindungen
5.1 Schweißverbindungen ............................................................................................ 139
5.1.1 Technologie des Schweißens ...................................................................... 140
5.1.2 Bezeichnung von Schweißnähten ............................................................... 144
5.1.3 Gestalten von Schweißteilen ....................................................................... 151
5.1.4 Nennspannungen ......................................................................................... 155
5.1.5 Zulässige Spannungen und Spannungsnachweis ........................................ 167
5.1.6 Berechnungsbeispiele ................................................................................. 186
Literatur .......................................................................................................................... 197
5.2 Lötverbindungen .................................................................................................... 197
5.2.1 Technologie des Lötens .............................................................................. 198
5.2.2 Berechnen und Gestalten ............................................................................ 202
Literatur .......................................................................................................................... 206
5.3 Klebverbindungen .................................................................................................. 206
5.3.1 Klebstoffe und Verfahren ........................................................................... 207
5.3.2 Berechnen und Gestalten ............................................................................ 210
Literatur .......................................................................................................................... 216
6 Reib- und formschlüssige Verbindungen
6.1 Reibschlüssige Verbindungen ................................................................................ 217
6.1.1 Reibungsschluss .......................................................................................... 219
6.1.2 Klemmverbindung ...................................................................................... 222
6.1.3 Kegelverbindung ......................................................................................... 225
6.1.4 Spannverbindung ........................................................................................ 227
6.1.5 Pressverbindung .......................................................................................... 234
6.1.6 Gestalten und Fertigen ................................................................................ 250
6.1.7 Keilverbindung ........................................................................................... 252
Literatur .......................................................................................................................... 254
6.2 Formschlüssige Verbindungen ............................................................................... 255
6.2.1 Sicherungen gegen axiales Verschieben ..................................................... 257
6.2.2 Passfederverbindungen ............................................................................... 262
6.2.3 Profilwellenverbindungen ........................................................................... 265
6.2.4 Bolzen-und Stiftverbindungen ................................................................... 272
Literatur .......................................................................................................................... 278
7 Schraubenverbindungen
7.1 Allgemeines ........................................................................................................... 283
7.1.1 Gewindenormen .......................................................................................... 283
7.1.2 Gewindetolerierung .................................................................................... 284
7.1.3 Schraubenwerkstoffe .................................................................................. 287
7.1.4 Schrauben-und Muttemarten ..................................................................... 289