Köhler/Rögnitz Maschinenteile 2

530 Pages·2004·10.3 MB·German

by  Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Künne (auth.)

Bernd Künne
Köhler/Rögnitz Maschinenteile 2
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 2004
526 Seiten mit 494 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 2
9., überarbeitete und aktualisierte Auflage 2004
mit 494 Abbildungen, Tabellen und Diagrammen
sowie zahlreichen Beispielrechnungen
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliographie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet Ober <http://dnb.ddb.de> abrufbar.
Herausgegeben und bearbeitet von
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Kunne, Fachgebiet Maschinenelemente, Universitat Dortmund.
BegrOndet von
Baudirektor Dipl.-Ing. Gunter Kohler, Direktor der Staatl. Ingenieurschule Beuth, Berlin, und Ober
baurat Dr.-Ing. Hans Rognitz, Staatl. Ingenieurschule Beuth, Berlin.
Ab der 4. Auflage herausgegeben und maBgeblich bearbeitet von
Professor Dr.-Ing. Joachim Pokorny, Universitat Gesamthochschule Paderborn, ehem. Oberbaudirek
tor, Leiter der Staatl. Ingenieurschule fOr Maschinenwesen Soest.
Bearbeitet u.a. von
Professor Dipl.-Ing. Karl-Heinz Kuttner, Technische Fachhochschule Berlin,
Professor Dipl.-Ing. Erwin Lemke, Technische Fachhochschule Berlin,
Professor Dipl.-Ing. Gerhart Schreiner, Fachhochschule fOr Technik, Mannheim
Professor Dipl.-Ing. Udo Zelder, Universitat Gesamthochschule Paderborn,
Professor Dipl.-Ing. Lothar Hagele, Fachhochschule Aalen
1. Aufl. 1961
3. Aufl. 1965
4. Aufl. 1968
5. Aufl. 1976
6. Aufl. 1981
7. Aufl. 1986
8. Aufl. 1992
9. uberarbeitete und aktualisierte Auflage 2004
Alle Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 2004
Ursprunglich erschienen bei B.G. Teubner / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2004
www.teubner.de
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 waren und daher
von jedermann benutzt werden durften.
Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de
Gedruckt auf saurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
ISBN 978-3-519-16342-8 ISBN 978-3-322-94109-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-94109-1
Vorwort
Die vorliegende neunte Auflage von "Köhler/Rögnitz: Maschinenteile, Teil 2" wurde in we
sentlichen Bereichen unter Berücksichtigung der technischen Entwicklung überarbeitet und
neu gestaltet. Wie bereits beim Teil I war auch hier die Zielsetzung, dieses traditionsreiche
Werk wie schon in der Vergangenheit so aufzubauen, dass es einerseits eine wertvolle Hilfe für
Studierende an Universitäten und Fachhochschulen darstellt, andererseits aber auch den in der
beruflichen Praxis tätigen Konstrukteurinnen und Konstrukteuren eine wertvolle Hilfestellung
bietet.
Hierbei bestand die Schwierigkeit, das Bewährte weiterzuführen und gleichzeitig den Aufbau
und die Inhalte an aktuelle Bedürfnisse anzupassen. Mit den vom bisherigen Herausgeber,
Herrn Professor Dr.-Ing. J. Pokorny, sowie den bisherigen Autoren erarbeiteten Kapiteln der
achten Auflage bestand eine hervorragende Basis für diese Arbeit. Um die Anforderungen an
ein modernes Lehrbuch erfüllen zu können, mussten neben inhaltlichen Überarbeitungen auch
einige formale Änderungen vorgenommen werden. An erster Stelle ist hier die Einarbeitung
der Inhalte der früheren Arbeitsblätter zu nennen. Hierdurch konnte eine kompakte und über
sichtliche Darstellung des behandelten Stoffes erreicht werden.
Durch die Neuausgabe vieler der verwendeten Normen wurde ein erheblicher Aktualisierungs
bedarf des vorliegenden Werkes bedingt. In Folge der Anpassung von Normen an internationa
le Standards in Form von Europanarmen und ISO-Normen war es erforderlich geworden, die
Inhalte dieses Werkes ebenfalls entsprechend anzupassen. Der Stand der aufgenommenen
Normen entspricht dem Zeitpunkt der Drucklegung.
Dieses Buch soll dazu dienen, dem Leser die erforderlichen Kenntnisse über die wesentlichen
Maschinenelemente zu vermitteln. Innerhalb der Abschnitte erfolgt dabei die Darstellung des
Stoffes ausgehend von der Aufgabenstellung über die Funktion und über die Berechnung hin
zur konstruktiven Gestaltung und zu Lösungsmöglichkeiten. Es werden die notwendigen Be
rechnungsgleichungen hergeleitet, die physikalischen Abhängigkeiten aufgezeigt und Pro
blemhereiche betrachtet.
Zu Beginn jedes Abschnittes sind die wichtigsten Normen, die die betrachteten Maschinenele
mente betreffen, zusammengestellt; weitere Verweise aufNormen befinden sich innerhalb der
Abschnitte. Der Leser erhält hierdurch einerseits die Möglichkeit, für ihn ggf. erforderliche Zu
satzinformationen direkt den entsprechenden Normen zu entnehmen; andererseits soll er zur
inhaltlichen Beschäftigung mit geltenden Normen angeregt werden. Empfehlenswert ist in die
sem Zusammenhang das ebenfalls im B. G. Teubner Verlag erschienene Buch "Klein: Einfüh
rung in die DIN-Normen" sowie die Internet-Seite "www.beuth.de".
4 Vorwort
An die Zusammenstellung relevanter Normen schließt sich in jedem Abschnitt ein Verzeichnis
der jeweils verwendeten Formelzeichen an. Es wurde versucht, diese möglichst einheitlich zu
gestalten. Vereinzelt musste hierbeijedoch von den in den betreffendenDIN-Normen genann
ten Bezeichnungen abgewichen werden. Bei den angegebenen Gleichungen 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. Bei vielen dieser Gleichungen ist zur besseren Übersicht zusätzlich eine sinnvolle
Einheit für die einzelnen Werte angegeben. Nur an den Stellen, an denen es unvermeidbar ist,
werden auf bestimmte Einheiten zugeschnittene Größen- bzw. Zahlenwertgleichungen ver
wendet. Hier ist es unbedingt erforderlich, die Größen in der angegebenen Einheit einzusetzen,
um ein sinnvolles Ergebnis zu erhalten.
Im Teil2 des Werks "Köhler/Rögnitz Maschinenteile" werden zunächst im Abschnitt I ,,Ach
sen und Wellen" behandelt. Dabei wird auch die Wellenberechnung nach DIN 743 betrachtet.
Die dargestellte Vorgehensweise soll die Beschäftigung mit der entsprechenden Norm nicht er
setzen, kann aber dabei helfen, einen ersten Einblick in das betreffende Berechnungsverfahren
zu erhalten. Es wurde versucht, die Inhalte so aufzubereiten und zu vereinfachen, dass sie gut
nachvollziehbar sind. Ausführlichere Informationen sind der Norm zu entnehmen.
Die Abschnitte 2 und 3 beinhalten die Funktion, den Aufbau, die Wirkungsweise und die Be
rechnung der "Gleitlager" und der "Wälzlager". Mehrere Gestaltungs- und Einbaubeispiele
dienen dabei zur Verdeutlichung.
Im vierten Abschnitt werden "Kupplungen und Bremsen" behandelt, wobei die Reihenfolge
der Darstellung der einzelnen Kupplungen in Anlehnung an die systematische Einteilung nach
der VDI-Richtlinie 2240 erfolgt. Es werden die wichtigsten Kupplungsbauformen vorgestellt,
ihre Funktionen erläutert und die wesentlichen Berechnungsgrundlagen beschrieben. Charakte
ristische Bauformen von Halte-, Stopp- und Belastungsbremsen werden anband ihres Aufbaus
und ihrer Berechnung behandelt.
Im ftinften Abschnitt "Kurbeltrieb" werden nach der Vorstellung des Tauchkolbentriebwerks
die Kinematik und die Dynamik des Kurbeltriebes sowie die Gestaltung der Triebwerksteile
beschrieben. Die Berechnung der wesentlichen Triebwerksteile ist nicht nur in diesem Zusam
menhang sinnvoll, sondern zeigt auch gleichzeitig auf andere Maschinenelemente übertragbare
Ansätze zur Ermittlung der wirkenden Belastungen und Beanspruchungen auf.
Der relativ kurz gehaltene sechste Abschnitt "Kurvengetriebe" betrachtet die Funktion, die Ki
nematik und die Gestaltung von Nocken und Stößeln.
Wichtige Maschinenelemente in der modernen Antriebstechnik stellen die Umschlingungstrie
be dar, die im siebten Abschnitt "Zugmittelgetriebe" vorgestellt werden. Neben den reibschlüs
sigen Getrieben gewinnen die formschlüssigen, insbesondere Zahnriemengetriebe, zunehmend
an Bedeutung.
Der naturgemäß umfangreichste Abschnitt 8 hat das Themengebiet "Zahnrädergetriebe" zum
Inhalt. Im Anschluss an die Übersicht über die unterschiedlichen Bauformen werden die Be
dingungen erläutert, die für einen unter geometrischen Gesichtspunkten einwandfreien Lauf er
forderlich sind. Tragfähigkeitsnachweise werden im nächsten Schritt dargestellt. Weiterhin
werden die Besonderheiten der unterschiedlichen Bauformen der Zahnrädergetriebe erläutert.
Vorwort 5
Abschließend danke ich allen, 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, der leider im Herbst 2003 verstorben ist, zu nennen. Mein
besonderer 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 stete Unterstützung und Förderung des Werkes.
Ich würde mich freuen, auch weiterhin Anregungen aus den Kreisen der Benutzer zu erhalten.
Dortmund, im Februar 2004 BemdKünne
Inhalt
l Achsen und Wellen
1.1 Aufgabe und Einteilungen ........................................................................................ 11
1.2 Festigkeitsberechnung von Achsen .......................................................................... 13
1.2.1 Berechnen feststehender Achsen .................................................................. 13
1.2.2 Berechnen umlaufender Achsen ................................................................... 17
1.3 Festigkeitsberechnung von Wellen .......................................................................... 20
1.3 .I Überschlägige Berechnung der Drehbeanspruchung .................................... 21
1.3 .2 Genauere Berechnung der Dreh-und Biegebeanspruchung ......................... 22
1.3.3 Einführung in die Berechnung von Achsen und Wellen nach DIN 743 ....... 32
1.4 Verfonnung .............................................................................................................. 45
1.5 Schwingungen und kritische Drehfrequenzen .......................................................... 52
1.6 Gestalten und Fertigen ............................................................................................. 51
1. 7 Sonderausfiihrungen ................................................................................................. 61
Literatur ............................................................................................................................ 63
2 Gleitlager
2.1 Allgemeine Grundlagen ........................................................................................... 66
2.2 Hydrodynamische Schmiertheorie ........................................................................... 75
2.3 Hydrodynamisch geschmierte Radiallager ............................................................... 79
2.3.1 Reibung im Gleitlager, Tragfähigkeit, Kennzahlen, Wänne ........................ 79
2.3.2 Bemessen und Berechnen von Radiallagern ................................................. 94
2.3.3 Werkstoffe .................................................................................................. 106
2.4 Gleitlagerbauarten, Einzelteile ............................................................................... 109
2.4.1 Radiallager .................................................................................................. 110
2.4.2 Axiallager ................................................................................................... 114
2.5 Schmiennittel, Schmiereinrichtungen .................................................................... 120
Literatur .......................................................................................................................... 124
3 Wälzlager
3.1 Aufbau und Eigenschaften ..................................................................................... 127
3.2 Lagerdaten und Bauarten ....................................................................................... 133
3.2.1 Außenmaße (DIN 616) ............................................................................... 133
Inhalt 7
3.2.2 Herstellgenauigkeit (DIN 620) ................................................................... 135
3.2.3 Normbezeichnungen (DIN 623) ................................................................. 136
3.2.4 Bauarten, Eigenschaften und Verwendung ................................................. 140
3.3 Tragfähigkeit und Lebensdauer ............................................................................. 149
3.3.1 Statische Tragfähigkeit (DIN ISO 76) ........................................................ 150
3.3.2 Lebensdauer (DIN ISO 281) ....................................................................... 152
3.3.3 Äquivalente Lagerbelastung filr veränderliche Bedingungen ..................... 156
3.4 Gestalten der Lagerung .......................................................................................... 159
3 .4.1 Anordnung der Lager .................................................................................. 160
3.4.2 Radiale Befestigung der Lager ................................................................... 161
3.4.3 Festlegen der Lager in Längsrichtung ......................................................... 165
3.4.4 Abdichtung ................................................................................................. 167
3.5 Schmierung ............................................................................................................ 167
3.6 Beispiele ................................................................................................................ 169
3.6.1 Berechnungsbeispiele ................................................................................. 169
3.6.2 Einbaubeispiele ........................................................................................... 174
Literatur .......................................................................................................................... 193
4 Kupplungen und Bremsen
4.1 Kupplungen ............................................................................................................ 196
4.2 Nichtschaltbare starre Kupplungen ........................................................................ 198
4.3 Nichtschaltbare formschlüssige Ausgleichskupplungen ........................................ 200
4.3.1 Bewegliche Kupplungen ............................................................................. 201
4.3.2 Drehnachgiebige Kupplungen .................................................................... 204
4.4 Schaltbare Kupplungen .......................................................................................... 219
4.4.1 Verlustarbeitund Wärmebelastung ............................................................. 219
4.4.2 Formschlüssige Kupplungen ....................................................................... 227
4.4.3 Kraftschlüssige (Reib-) Kupplungen .......................................................... 236
4.4.4 Elektrische Kupplungen .............................................................................. 257
4.4.5 Hydrodynamische Kupplungen .................................................................. 258
4.5 Bremsen ................................................................................................................. 261
4.5.1 Berechnung ................................................................................................. 261
4.5.2 Bauarten ...................................................................................................... 262
Literatur .......................................................................................................................... 271
5 Kurbeltrieb
5.1 Tauchkolbentriebwerk ........................................................................................... 275
5.2 Berechnungsgrundlagen ......................................................................................... 277
8 Inhalt
5.3 Kinematik des Kurbeltriebes .................................................................................. 279
5.3.1 Kolbenweg .................................................................................................. 279
5.3.2 Kolbengeschwindigkeit .............................................................................. 282
5.3.3 Kolbenbeschleunigung ................................................................................ 284
5.3.4 Geschränkter Kurbeltrieb ............................................................................ 287
5.4 Dynamik des Kurbeltriebes .................................................................................... 289
5.4.1 Stoffkräfte und Leistungen ......................................................................... 289
5.4.2 Massenkräfte ............................................................................................... 291
5.4.3 Kräfte im Triebwerk ................................................................................... 295
5.5 Aufbau, Funktion und Gestaltung der Triebwerksteile ......................................... .304
5.5.1 Kolben ........................................................................................................ 304
5.5.2 Schubstangen .............................................................................................. 309
5.5.3 Kurbelwellen ............................................................................................... 311
5.6 Festigkeitsberechnung der Triebwerksteile ........................................................... .314
5.6.1 Kolben ........................................................................................................ 314
5.6.2 Schubstangen .............................................................................................. 315
5.6.3 Kurbelwellen ............................................................................................... 317
5.6.4 Lager ........................................................................................................... 320
Literatur .......................................................................................................................... 321
6 Kurvengetriebe
6.1 Nockensteuerungen ................................................................................................ 323
6.2 Kreisbogennocken mit geradem Tellerstößel ......................................................... 323
6.2.1 Aufbau des Nockens ................................................................................... 324
6.2.2 Stößelbewegung ......................................................................................... .325
6.2.3 Stößelabmessungen ..................................................................................... 326
6.2.4 Ruckfreier Nocken ...................................................................................... 327
6.2.5 Kräfte am Stößel ........................................................................................ .328
6.3 Gestaltung .............................................................................................................. 331
Literatur .......................................................................................................................... 333
7 Zugmittelgetriebe
7.1 Einteilung und Verwendung .................................................................................. 335
7.2 Reibschlüssige Zugmittelgetriebe .......................................................................... 336
7.2.1 Berechnen von Riementrieben .................................................................... 336
7.2.2 Bauarten ...................................................................................................... 344
7.2.3 Riemenformen und Werkstoffe .................................................................. .345
7.3 Formschlüssige Zugmittelgetriebe ......................................................................... 348
7.3.1 Kettenbauarten ............................................................................................ 348
7.3.2 Kettenrad und Kette .................................................................................... 349
7.3.3 Berechnen von Rollenketten ....................................................................... 352