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Maschinenelemente 1 Festigkeit, Wellen, Verbindungen, Federn, Kupplungen
Maschinenelemente 1
Festigkeit, Wellen, Verbindungen, Federn, Kupplungen




Berthold Schlecht

Pearson
EAN: 9783827371454 (ISBN: 3-8273-7145-7)
736 Seiten, hardcover, 17 x 24cm, 2007

EUR 39,95
alle Angaben ohne Gewähr

Umschlagtext
Das Buch bietet den ersten Teil der klassischen Maschinenelemente in 13 Kapiteln, wie sie an Universitäten und Fachhochschulen unterrichtet werden. Wie die Mathematik und die Mechanik gehören die Maschinenelemente zum grundlegenden Rüstzeug des modernen Ingenieurs aller Fachdisziplinen. Im einleitenden Kapitel werden die Lastannahmen am Beispiel ausgeführter Maschinen und Anlagen behandelt. Es folgen umfassende Darstellungen der Festigkeitsberechnung und der neuesten Erkenntnisse zur Berechnung und Auslegung von Wellen und Achsen, wobei antriebstechnische Fragestellungen besonders berücksichtigt sind. Die Verbindungselemente und ihre Funktion, Wirkung und Gestaltung werden umfänglich und komplett vorgestellt.

Über 450 z.T. zweifarbige Abbildungen, darunter vollständige Baugruppen von Maschinen und Anlagen, sowie 190 Tabellen illustrieren und vertiefen den Stoff. Ein didaktisch ausgefeiltes Layout unterstützt das Lehren und Lernen. Jedem Kapitel sind auf der Companion Website zum Buch Übungsfragen und Lösungen zugeordnet.



INHALT

• Allgemeine Überlegungen zu statischen und dynamischen Lastannahmen

• Grundlagen der Festigkeitsberechnung

• Beanspruchungsgerechte Gestaltung und Dimensionierung von Wellen und Achsen

• Verbindungselemente (Schrauben, Nieten, Schweißen, Löten, Kleben)

• Federn, Welle-Nabe-Verbindungen und Kupplungen



AUTOR

Berthold Schlecht ist seit 2001 Inhaber des Lehrstuhls für Maschinenelemente der TU Dresden; er lehrt und forscht auf den Gebieten der Maschinenelemente und der Antriebstechnik mit den Schwerpunkten Zahnrad- und Getriebetechnik sowie Dynamik von Antriebssträngen in stationären und mobilen Maschinen des Schwermaschinenbaus und der Verkehrstechnik. Er studierte in Duisburg allgemeinen Maschinenbau und wurde dort 1993 von Prof. Wünsch promoviert. Nach langjähriger Industrietätigkeit im Anlagenbau war er Technischer Geschäftsführer eines großen Baustoffmaschinen-Herstellers.
Rezension
Die Kenntnisse über die Maschinenelemente sind grundlegend für alle Ingenieurstudiengänge. In zwei Bänden bietet Berthold Schlecht eine Aufarbeitung und Erweiterung seiner Vorlesungen zum Thema. Im Mittelpunkt des ersten Bandes stehen die Themen Festigkeit, Wellen, Verbindungen, Federn und Kupplungen. Das Fachbuch ist besonders für das Grundstudium geeignet und eine hervorragende anschauliche Hilfe für die Nachbereitung der Vorlesungen und Übungen. Dabei sind die vielen farbigen Abbildungen und die anschaulichen Beispiele aus der Praxis sehr hilfreich. Darüber hinaus ist das Buch auch in der Praxis als Nachschlagewerk bestens geeignet.

Arthur Thömmes, lehrerbibliothek.de
Verlagsinfo
Die Maschinenelemente gehören zu den Grundwerkzeugen jeder Ingenieurstätigkeit. Dieses moderne und aktuelle Lehrbuch mit zahlreichen Übungen bietet eine umfassende Einführung in die Maschinenenelemente (Federn, Achsen, Wellen etc.), wie sie in der Praxis überall auftreten. Einen besonderen Schwerpunkt bilden die praktischen Anwendungsbeispiele für den späteren Ingenieur. Erstmalig in einem Lehrbuch zu den Maschinenelementen kommen 3D-Illustrationen als wichtiges didaktisches Element zum Einsatz, die das Vorstellungsvermögen des Lesers unterstützen.
Inhaltsverzeichnis
Zum Geleit 13
Kapitel 1 Maschinenelemente und Konstruktion 15
1.1 Einführung - Formulierung der konstruktiven Aufgabe. 16
1.2 Ausgewählte Beispiele technischer Systeme. 18
1.3 Versagensursachen von Maschinenelementen. 22
1.4 Berechnung von Beanspruchung und Beanspruchbarkeit. 26
1.4.1 Lastannahmen bei dynamischer Beanspruchung (Schwingbeanspruchung). 29
1.4.2 Lastannahmen bei statischer Beanspruchung (Maximalbeanspruchung). 38
1.5 Wirtschaftliche Bedeutung der Konstruktion und Methodisches Konstruieren. 40
1.6 Literatur. 44
Kapitel 2 Normen, Toleranzen, Passungen und Oberflächen 49
2.1 Einführung. 50
2.2 Normen, Richtlinien und Standards. 51
2.3 Normzahlen. 52
2.4 Toleranzen und Abweichungen. 53
2.4.1 Maßtoleranzen. 54
2.4.2 Form- und Lagetoleranzen. 58
2.4.3 Allgemeintoleranzen. 61
2.4.4 Tolerierungsgrundsätze. 63
2.5 Passungen. 65
2.5.1 System Einheitsbohrung (EB). 66
2.5.2 System Einheitswelle (EW). 67
2.5.3 Beispiele zur Passungsauswahl. 67
2.6 Oberflächen technischer Körper. 69
2.7 Literatur. 78
Kapitel 3 Grundlagen der Festigkeitslehre 81
3.1 Einführung. 82
3.2 Gang und Schema einer Festigkeitsberechnung. 84
3.3 Ermittlung von Lasten und Beanspruchungen. 87
3.3.1 Linear-elastisches Werkstoffverhalten. 89
3.3.2 Normalspannungen in Bauteilen - Zug, Druck und Biegung. 95
3.3.3 Normalspannungen zwischen Flächen - Flächenpressung. 102
3.3.4 Hertzsche Pressung. 103
3.3.5 Schubspannungen aus Querkräften - Scheren und Schub. 109
3.3.6 Schubspannungen aus Drehmomenten - Torsion. 111
3.3.7 Knickspannungen. 114
3.3.8 Wärmespannungen. 118
3.3.9 Eigenspannungen. 121
3.4 Behandlung zusammengesetzter Beanspruchungen. 125
3.4.1 Der lineare oder einachsige Spannungszustand. 126
3.4.2 Der ebene oder zweiachsige Spannungszustand. 129
3.4.3 Der räumliche oder dreiachsige Spannungszustand. 131
3.4.4 Festigkeitshypothesen bei zusammengesetzter Beanspruchung. 132
3.5 Ermittlung der Beanspruchbarkeit. 139
3.5.1 Beanspruchbarkeit bei statischer Belastung. 139
3.5.2 Beanspruchbarkeit bei dynamischer Belastung. 146
3.6 Festigkeitsmindernde Einflüsse - Kerbwirkung, Oberflächen- und Größeneinfluss. 160
3.6.1 Die Kerbformzahlen ασ und αr. 161
3.6.2 Die Kerbwirkungszahlen βσ und βr. 171
3.6.3 Oberflächen- und Größeneinfluss. 179
3.6.4 Weitere schwingfestigkeitsmindernde Einflüsse. 182
3.7 Festigkeitsberechnung - Vergleich von Beanspruchung und Beanspruchbarkeit. 183
3.7.1 Statischer Festigkeitsnachweis. 186
3.7.2 Dauerfestigkeitsnachweis. 186
3.7.3 Kritische Anmerkungen zur Sicherheitszahl. 190
3.7.4 Betriebsfestigkeitsnachweis. 192
3.7.5 Zulässige Flächenpressung und Hertzsche Pressung. 204
3.8 Festigkeitsnachweise in Nonnen und Richtlinien. 208
3.9 Literatur. 211
Kapitel 4 Kleben 219
4.1 Einführung. 220
4.2 Funktion und Wirkung - Adhäsion und Kohäsion. 222
4.3 Herstellen von Klebverbindungen. 223
4.3.1 Einteilung der Klebstoffe. 224
4.3.2 Klebtechnik und Oberflächenvorbehandlung. 226
4.4 Gestaltung von Klebverbindungen. 227
4.5 Festigkeit von Klebverbindungen. 229
4.5.1 Berechnung der Beanspruchung in einer einschnittigen Verbindung. 231
4.5.2 Berechnung der Beanspruchung in Rundverbindungen und Welle-Nabe-Verbindungen. 237
4.5.3 Beanspruchbarkeit einer Klebverbindung. 238
4.5.4 Einflüsse auf die Festigkeit. 241
4.6 Literatur. 243
Kapitel 5 Löten 245
5.1 Einführung. 246
5.2 Funktion und Wirkung. 248
5.3 Herstellen und Prüfen von Lötverbindungen. 248
5.3.1 Lötverfahren. 250
5.3.2 Lotarten und Flussmittel. 251
5.4 Gestaltung von Lötverbindungen. 253
5.5 Festigkeit von Lötverbindungen. 256
5.5.1 Berechnung der Beanspruchung in einer Lötverbindung. 257
5.5.2 Beanspruchbarkeit einer Lötverbindung. 258
5.6 Literatur. 261
Kapitel 6 Nieten 263
6.1 Einführung. 264
6.2 Funktion und Wirkung. 265
6.2.1 Nietformen und Werkstoffe. 266
6.2.2 Herstellung einer Nietverbindung. 267
6.2.3 Verbindungsarten und Schnittigkeit. 270
6.3 Gestaltung von Nietverbindungen. 271
6.3.1 Maschinen- und Gerätebau. 273
6.3.2 Stahl- und Kranbau. 274
6.3.3 Leichtbau, Fahrzeug- und Flugzeugbau. 275
6.3.4 Korrosionsschutz. 276
6.4 Festigkeit von Nietverbindungen. 276
6.4.1 Kräfte in Nietverbindungen. 278
6.4.2 Berechnung der Beanspruchungen in Nietverbindungen. 281
6.4.3 Beanspruchbarkeit einer Nietverbindung. 282
6.5 Literatur. 286
Kapitel 7 Schweißen 289
7.1 Einführung. 290
7.2 Funktion und Wirkung. 292
7.3 Herstellen und Prüfen von Schweißverbindungen. 293
7.3.1 Schweißverfahren. 294
7.3.2 Schweißeignung der Werkstoffe. 300
7.3.3 Schweißpositionen. 303
7.3.4 Stoß- und Nahtarten sowie Nahtformen beim Schmelzschweißen. 303
7.3.5 Stoß- und Nahtarten sowie Nahtformen beim Pressschweißen. 309
7.3.6 Gütesicherung von Schweißnähten. 311
7.4 Gestaltung von Schweißverbindungen. 313
7.4.1 Allgemeine Gestaltungsregeln. 314
7.4.2 Gestaltungsregeln im Stahlhoch-, Kran- und Brückenbau. 323
7.4.3 Gestaltungsregeln im Kessel- und Druckbehälterbau. 326
7.4.4 Gestaltungsregeln für Pressschweißverbindungen. 327
7.5 Festigkeit von Schweißverbindungen. 328
7.5.1 Festigkeitsnachweis im allgemeinen Maschinenbau. 331
7.5.2 Festigkeitsnachweis nach DIN 15018. 344
7.5.3 Festigkeitsnachweis von Pressschweißverbindungen. 353
7.6 Literatur. 357
Kapitel 8 Schrauben und Schraubenverbindungen 361
8.1 Einführung. 362
8.2 Funktion und Wirkung. 363
8.2.1 Gewindearten und Gewindebezeichnungen. 364
8.2.2 Schrauben- und Mutternwerkstoffe sowie Herstellung. 368
8.2.3 Grundformen von Schrauben, Muttern und Sicherungen. 372
8.3 Kräfte und Momente im Gewinde. 379
8.4 Gestaltung und Beanspruchung von Schraubenverbindungen. 383
8.4.1 Gestaltung der Gewindeteile. 384
8.4.2 Gestaltung der Schraubenverbindungen. 386
8.4.3 Grundlagen zur Berechnung von Schraubenverbindungen. 392
8.4.4 Kräfte und Verformungen bei statischer Betriebskraft als Längskraft. 396
8.4.5 Kräfte und Verformungen bei dynamischer Betriebskraft als Längskraft. 398
8.4.6 Einfluss der Krafteinleitung in die Verbindung. 399
8.4.7 Kräfte und Verformungen bei Verwendung von Dehnschrauben. 400
8.4.8 Setzen der Verbindung. 401
8.4.9 Kräfte und Verformungen bei statischer oder dynamischer Querkraft. 403
8.4.10 Sichern von Schraubenverbindungen. 409
8.5 Montage von Schraubenverbindungen. 411
8.5.1 Streuung der Montagevorspannkraft beim Anziehen. 411
8.5.2 Kräfte und Momente beim Anziehen und Lösen. 414
8.6 Festigkeit von Schraubenverbindungen. 415
8.6.1 Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Berechnung. 417
8.6.2 Überschlägige Schraubenberechnung nach VDI 2230. 417
8.6.3 Schraubenauswahl und Beanspruchbarkeit im Maschinenbau. 418
8.6.4 Einhaltung der maximal zulässigen Schraubenkraft. 422
8.6.5 Einhaltung der maximal zulässigen Dauerschwingbeanspruchung. 423
8.6.6 Einhaltung der Flächenpressung an der Schraubenkopf- und Mutterauflagefläche sowie im Gewinde. 425
8.6.7 Beanspruchbarkeit von Schrauben im Kran- und Stahlbau. 427
8.6.8 Konstruktive Maßnahmen zur Steigerung der Dauerfestigkeit. 429
8.7 Bewegungsschrauben und Spindeln. 431
8.7.1 Kinematik der Bewegungsschraube. 433
8.7.2 Auslegung und Berechnung von Spindel und Mutter. 434
8.8 Literatur. 437
Kapitel 9 Stift-, Bolzenverbindungen und Sicherungselemente 443
9.1 Einführung. 444
9.2 Funktion und Wirkung. 444
9.2.1 Stifte - Bauformen, Werkstoffe, Normen und Einsatzbeispiele. 444
9.2.2 Bolzen - Bauformen, Werkstoffe, Normen und Einsatzbeispiele. 450
9.2.3 Sicherungselemente - Bauformen, Werkstoffe, Normen und Einsatzbeispiele. 451
9.3 Beanspruchung von Stift-, Bolzenverbindungen sowie Sicherungselementen. 454
9.3.1 Stiftverbindungen. 454
9.3.2 Bolzenverbindungen. 457
9.3.3 Sicherungselemente. 452
9.4 Festigkeit von Stift-, Bolzenverbindungen sowie Sicherungselementen. 463
9.4.1 Beanspruchbarkeit von Stift- und Bolzenverbindungen. 463
9.4.2 Beanspruchbarkeit von Sicherungselementen. 466
9.5 Literatur. 466
Kapitel 10 Federn 469
10.1 Einführung. 470
10.2 Funktion und Wirkung von Federn. 473
10.2.1 Federkennlinie und Federrate. 475
10.2.2 Arbeitsvermögen und Wirkungsgrad. 476
10.2.3 Nutzungsgrad. 477
10.2.4 Dämpfungsvermögen. 479
10.2.5 Zusammenschaltung von Federn. 480
10.2.6 Metallische Werkstoffe für Federn. 482
10.2.7 Nichtmetallische Werkstoffe für Federn. 483
10.3 Gestaltung und Beanspruchung von Federn. 485
10.3.1 Zug-Druckfedern. 486
10.3.2 Biegefedern. 493
10.3.3 Torsions-(Dehnungs-)federn. 507
10.3.4 Gummifedern. 520
10.4 Festigkeit von Federn. 527
10.4.1 Beanspruchbarkeit von Metallfedern. 528
10.4.2 Beanspruchbarkeit von Gummifedern. 535
10.5 Literatur. 536
Kapitel 11 Wellen und Achsen 539
11.1 Einführung. 540
11.2 Funktion und Wirkung. 541
11.2.1 Bauformen von Wellen und Achsen. 543
11.2.2 Werkstoffe, Halbzeuge und Herstellung. 548
11.3 Gestaltung und Berechnung von Wellen und Achsen. 549
11.3.1 Beanspruchungs- und verformungsgerechte Gestaltung. 551
11.3.2 Angreifende Kräfte und Momente. 557
11.3.3 Entwurfsberechnung - Überschlägiger Wellendurchmesser. 562
11.4 Festigkeit von Wellen und Achsen. 564
11.4.1 Nachweis der Sicherheit gegen Überschreiten der Dauerfestigkeit. 566
11.4.2 Nachweis der Sicherheit gegen Überschreiten der Fließgrenze und Gewaltbruch. 580
11.4.3 Nachweis der Einhaltung der zulässigen Flächenpressung und Scherspannung. 587
11.4.4 Nachweis der Einhaltung der zulässigen Verformung. 587
11.5 Dynamisches Verhalten von Wellen und Achsen. 592
11.5.1 Biegeschwingungen. 592
11.5.2 Torsionsschwingungen. 596
11.5.3 Auswuchten. 601
11.6 Literatur. 603
Kapitel 12 Welle-Nabe-Verbindungen 609
12.1 Einleitung, Funktion und Wirkung. 610
12.2 Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen. 614
12.2.1 Passfedern und Scheibenfedern. 614
12.2.2 Keilwellen- und Zahnwellenverbindungen. 617
12.2.3 Polygonwellenverbindungen. 620
12.2.4 Stirnzahnverbindung. 623
12.3 Reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen. 623
12.3.1 Zylindrische Pressverbindungen. 627
12.3.2 Konische Pressverbindungen (Kegelpressverbindungen). 638
12.3.3 Gestaltung von Pressverbindungen. 642
12.3.4 Klemmverbindungen. 645
12.4 Vorgespannte Formschlussverbindungen. 648
12.4.1 Längskeilverbindungen. 648
12.4.2 Weitere Keilverbindungen. 650
12.5 Spannelementverbindungen. 651
12.5.1 Ringkegel-Spannelemente, Spannsätze und Schrumpfscheiben. 651
12.5.2 Sternscheiben, Druckhülsen und Toleranzringe. 656
12.5.3 Hydraulische Spannbuchsen. 657
12.6 Festigkeitsabfall in Welle-Nabe-Verbindungen. 658
12.7 Literatur. 658
Kapitel 13 Kupplungen und Bremsen 663
13.1 Einführung. 664
13.2 Funktion und Wirkung. 664
13.3 Berechnungsgrundlagen zur Auslegung von Kupplungen und Bremsen. 670
13.3.1 Betriebsverhalten von Antriebsmaschine, Kupplung und Arbeitsmaschine. 670
13.3.2 Auslegung von nicht schaltbaren Kupplungen. 673
13.3.3 Auslegung von schaltbaren Kupplungen. 679
13.3.4 Auslegung von mechanischen Bremsen. 683
13.4 Bauarten von nichtschaltbaren Kupplungen. 686
13.4.1 Starre Kupplungen. 686
13.4.2 Nachgiebige Wellenkupplungen. 688
13.5 Bauarten von schaltbaren Kupplungen. 708
13.5.1 Fremdbetätigte Kupplungen. 708
13.5.2 Selbsttätig schaltende Kupplungen. 711
13.6 Bauarten von Bremsen. 715
13.6.1 Trommelbremsen (Backenbremsen). 715
13.6.2 Scheibenbremsen und Kegelbremsen. 718
13.7 Literatur. 721
Register 725