2.3 Querbelastete Schrauben - hochschule- · PDF file13 Querbelastete Schraube 2.3...

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  • 13

    2.3 Querbelastete Schrauben

    2.3 Querbelastete Schrauben

    2.3.1 Durchsteckschrauben

    Erforderliche Vorspannkraft:

    FQ Querkraft

    SR Sicherheit: SR = 1,5 (schwingend); SR = 1,3 (ruhend)

    n Anzahl der Schrauben

    m Anzahl der Bauteilreiblchen

    Haftreibzahl der Bauteile

    Stahl-Stahl: = 0,15 0,20

    Stahl-Gusseisen/Bronze: = 0,18 0,25

    Gusseisen-Gusseisen/Bronze: = 0,22 0,26

    FM,zul Zulssige Montagevorspannkraft (Tab. 2.7 und 2.8)

    2.3.2 Passschrauben

    Scherspannung:

    FQ Querkraft an einer Schraube

    m Anzahl der Bauteilreiblchen

    A Schaftquerschnitt:

    A = dp

    2

    4

    Lochleibung:

    FQ Querkraft an einer Schraube

    d: Schaftdurchmesser

    s Kleinste tragende Lnge der Schraube in einem Bauteil

    Zulssige Spannungen querbeanspruchter Schraubenverbindungen:

    Lastfall

    Zulssige

    Spannungen

    ruhend schwel-

    lend

    wech-

    selnd

    ta zul 0,6Re 0,5Re 0,4ReRe: Schraubenwerkstoff

    (Tab. 2.3)

    sl zul

    0,75Rmoder

    1,2Re

    0,6Rmoder

    0,9Re

    0,6Rmoder

    0,9Re

    Rm, Re: Werkstoffe von Schraube oder Bauteil

    (Tab. 1.1 ff)

    Tab. 2.9 [1]

    FV =FQ SR

    n m < FM ,zul

    a =FQ

    m A a zul

    l =FQ

    d sl zul

  • 101

    11 Welle-Nabe-Verbindungen

    11.1 Passfeder (formschlssig)

    Flankenpressung:

    mit:

    Fu =2 Md

    p Fu

    t2 lt i k

    b0 p0

    lt Tragende Passfederlnge

    i Anzahl der Passfedern im Umfang (i = 1 oder 2)

    k Tragfaktor (k = 1 bei i = 1; k = 0,75 bei i = 2)

    t2 Nabennuthhe

    p0 zulssige Flankenpressung (Tab. 11.1)

    b0 Beanspruchungsfaktor (Tab. 11.2)

    Anhaltswerte fr zulssige Flankenpressung p0:

    Flankenpressung Grundwert p0 [N/mm2] fr Nabenwerkstoff

    Stahl, Stahlguss

    Stahl, Stahlguss

    gehrtet

    Grauguss

    Temperguss

    Bronze, Messing

    AlCuMgausgehrtet

    AlMg, AlMn, AlMgS aus

    gehrtet

    AlSiAlSiMg

    Gusslegierung

    150 200 90 110 50 100 90 70

    Tab. 11.1 [1]

    Beanspruchungsfaktor b0 fr Passfedern und Keilwellen:

    Beanspruchungsfaktor b0

    BeanspruchungPassfedernKeilwellen

    einseitig, ruhend 0,8

    einseitig, leichte Ste 0,7

    einseitig, starke Ste 0,6

    wechselnd, leichte Ste 0,45

    wechselnd, starke Ste 0,25

    Tab. 11.2 [1]

    Toleranzen fr Passfedernuten:

    Wellennutbreite b: fester Sitz P9

    leichter Sitz N9

    Nabennutbreite b: fester Sitz P9

    leichter Sitz JS9

  • 173

    16.1 Auslegung: Ein Wagen auf einer Schiene

    16.1 Auslegung: Ein Wagen auf einer Schiene

    Kraft in y-Richtung:

    Fy = Fay

    Kraft in z-Richtung:

    Fz

    = Fsz F

    az

    Moment um x-Achse:

    Mx = Fsz ys + Fay za Faz ya

    Moment um y-Achse:

    M y = Fsx zs Fsz x s Fax za + Faz xa Fspx zsp

    Moment um z-Achse:

    Mz= Fsx ys + Fax ya Fay xa + Fspx ysp

  • 219

    18.8 Nicht schaltbare Kupplungen

    18.8.8 Starre Kupplung

    (auch Schalenkupplung nach DIN 115)

    Vorteile:

    o starro spielfreio hohes bertragbares Drehmoment

    Nachteile:

    O kein Ausgleich von Fluchtungsfehlern

    O maximale Drehzahl: 4000 min-1

    Bemerkungen:

    einteilige Ausfhrung (s.o.) und zweiteilige Ausfhrung (8 Klemmschrauben)

    18.8.9 Stegkupplung

    Vorteile:

    o drehstarr: winkel-, quernachgiebigo Ausgleich von Fluchtungsfehlern (kleiner Radialversatz, kein Axialversatz, mittlerer Winkel-

    fehler)o spielfreio preisgnstigo schwingungsdmpfendo Werkstoff: Polyamid, glasfaserverstrkt: elektrisch isolierend

    Nachteile:

    O niedrige Federsteife

  • 243

    20.4 Geradverzahntes Kegelradpaar

    20.3 Schrgverzahntes Stirnradpaar

    Tangentialkraft:

    Ft1

    = FNt K

    A= F

    t2

    Radialkraft:

    Fr1

    = Ft1 tan

    wt= F

    r 2

    wt Betriebseingriffswinkel bei Null-Schrgungsverzahnung: wt = t bei Null-Geradverzahnung: wt =

    Stirneingriffswinkel:

    tant

    =tan

    n

    cos

    n Normaleingriffswinkel, Regelfall: n = 20 C Schrgungswinkel am Teilzylinder

    Axialkraft:

    Fa1

    = Ft1 tan

    w= F

    a2

    w Schrgungswinkel am Wlzkreis: w

    20.4 Geradverzahntes Kegelradpaar

    Treibendes Rad (Index 1):

    Tangentialkraft:

    Ft1

    = FNt K

    A= F

    t2

    Radialkraft:

    Fr1

    = Ft1 tan cos

    1

    Eingriffswinkel, Regelfall: = 20 C1, 2 Teilkegelwinkel

    Axialkraft:

    Fa1

    = Ft1 tan sin

    1

  • 271

    23.2 Exzenterspanner

    23.2 Exzenterspanner

    Momentengleichgewicht um A:

    MA = FSp e sin() + FSp 01 D2 sin() + FSp 02

    d2 FH l = 0

    Spannkraft:

    FSp =FH l

    e sin() + 01 D2 sin() + 02

    d2

    Minimale Spannkraft bei = 90:

    FSp,min =FH l

    e + 01D2

    + 02d2

    Spannhhe: Gesamter Spannweg:

    h = H + e cos() D2

    h = e [1 cos()]

    h > 0: keine Berhrung h = 0: 1. Kontakt ( = 60)h < 0: Werkstck eingespannt

    Maximaler Spannwinkel:

    max

    =180

  • 324

    28 Excel-Programme

    Mitgelieferte Berechnungsprogramme (auf CD)

    1) Passfederverbindung2) Keil- und Zahnwellenverbindung3) Zylindrischer Pressverband4) Kegelpressverband5) Spannsatz6) Klemmverbindungen7) Schrauben8) Drahtgewindeeinsatz (Helicoil)9) Bewegungsschraube10) Gasfeder11) Wellenauslegung12) Durchbiegung von Achsen und Wellen13) Biegekritische Drehzahl von Wellen14) Knickbeanspruchung15) Passungsrechner16) Blechabwicklung17) Lineareinheiten (1 Wagen, 1 Schiene)18) Lineareinheiten (2 Wagen, 1 Schiene)19) Lineareinheiten (2 Wagen, 2 Schienen)20) Lineareinheiten (4 Wagen, 2 Schienen)21) Scherenhubtisch Typ 122) Scherenhubtisch Typ 223) Scherenhubtisch Typ 324) Scherenhubtisch Typ 425) Schubstangenspanner Typ 126) Schubstangenspanner Typ 227) Keilreibung28) Exzenterspanner29) Hersteller- und Lieferantenverzeichnis

    Allgemeine Erklrungen zu den Programmen

    Das Rechenblatt besteht aus einer Eingabemaske (grau) und einem Ergebnisfeld (orange).In der Eingabemaske beinden sich die Eingabefelder, Auswahlfelder (beide wei) und einige Rechenkonstanten und Zwischenergebnisse.

  • 325

    28 Excel-Programme

    Auerhalb des Rechenblattes bei nden sich erweiterbare Tabellen (grn). Hier knnen bestehen-de Werte verndert und weitere hinzugefgt werden. ber das entsprechende Auswahlfeld wird der gewnschte Wert aus dieser Tabelle in das Rechenblatt eingefgt.Unterhalb der Rechenmaske bei ndet sich das Ergebnisfeld (orange). Hier stehen wichtige Zwi-schenergebnisse, die zum Weiterrechnen verwendet werden knnen und das gesuchte Ergebnis (meist Sicherheit oder Vergleichsspannung, die mit der zulssigen Spannung verglichen wird). Falls die Sicherheit nicht erfllt ist, erscheint eine Meldung mit einem Hinweis (dunkelgelb mit roter Schrift). Rechts daneben (auerhalb vom Rechenblatt) stehen Hinweise (hellgelb), in denen aufgefhrt ist, welche Faktoren verndert werden knnen, um die gewnschte Sicherheit zu er-langen (iterativer Lsungsweg).

    Zur einfacheren Bedienbarkeit bei nden sich drei Tasten (Makros) rechts oben neben dem Re-chenblatt. Mit Speichern unter kann das Excel-Blatt unter einem neuen Namen gespeichert werden. Unter Drucken wird das gesamte Rechenblatt gedruckt, alles auerhalb liegende wird nicht mitgedruckt. Im Druckermen kann u. a. ein PDF-Dokument mit dem aktuellen Dateina-men erzeugt werden. Mit Speichern & Beenden wird das Rechenblatt unter dem aktuellen Da-teinamen abgespeichert und Excel verlassen.Die Rechenbltter sind mit MS Excel 2002 erzeugt worden. Beim ffnen der Arbeitsbltter er-scheint je nach Einstellung der Makrosicherheit eine Sicherheitswarnung. Hierbei ist der Schal-ter Makros aktivieren zu bettigen, um die volle Funktionalitt zu erreichen.

    Beispiel eines Rechenblattes:

    Eingabefeld (wei)

    Auswahlfeld

    Zwischen- ergebnis

    Weitere Informationen

    Erweiterbare Tabelle fr Werkstoffe (grn)

    Ergebnisfeld (orange) Meldung bei Versagen

    (dunkelgelb)

    Ausdruck des Ergebnisses

    Eingabemaske (grau)

    Hinweise und Hilfen, welche Mglichkeiten anbietet, das Bauteilversagen zu verhindern. (hellgelb)

  • 326

    28 Excel-Programme

    1) Passfederverbindung

    Eingabe des Nabenwerkstoffes:

    normgerechte

    Benennung der

    Passfeder

  • 327

    28 Excel-Programme

    2) Keil- und Zahnwellenverbindung

    Eingabe des Nabenwerkstoffes:

  • 328

    28 Excel-Programme

    3) Zylindrischer Pressverband (rein elastische Betrachtung)

    Ermittlung der

    Fgetemperatur

  • 329

    28 Excel-Programme

    Eingabe des Naben- und Wellenwerkstoffes:

  • 330

    28 Excel-Programme

    4) Kegelpressverband

    Eingabe des Naben- und Wellenwerkstoffes:

    Umrechnung Leistung => Moment:

    Zwei Varianten der Berechnung der Kegelgeometrie:

    Ermittlung und Berechnung desHaftbeiwertes:

    Diese Hilfsrechner (blau) bei nden sich rechts vom Rechenblatt.Werte in grne Felder eintragen und errechneten Wert in das Rechenblatt bertragen.

  • 331

    28 Excel-Programme

    5) Spannsatz

    Eingabe des Naben- und Wellenwerkstoffes:

  • 332

    28 Excel-Programme

    6) Klemmverbindungen

    Eingabe des Hebelwerkstoffes (Nabe):

  • 333

    28 Excel-Programme

    7) Schrauben

    Berechnung der Montagevorspannkraft und Anziehdrehmoment von folgenden Schrauben:

    O Zylinderschrauben (DIN EN ISO 4762)

    O Sechskantschrauben (DIN EN IS