2. verbindungselemente
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F N. F. FÂŽ. Reibungsfaktor. F N ÂŽ. 2. Verbindungselemente. 2.1 Verbindungsarten (Wirkprinzipien). Kraftschluss:. dazu ist es erforderlich, dass die Bauteile durch die Normalkraft (FN) zusammengepresst werden;. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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2. Verbindungselemente
2.1 Verbindungsarten (Wirkprinzipien)
Kraftschluss:
FFÂŽ
FN
FNÂŽNR FF
Reibungsfaktor
âądazu ist es erforderlich, dass die Bauteile durch die Normalkraft (FN) zusammengepresst werden;
NR FFF
âąNormalkrĂ€fte können sein: FederkrĂ€fte (techn. Federn, Schrauben, warm geschlagene Niete,) Schwerkraft (Rad/Fahrbahn) Magnetische KrĂ€fte (Magnet - Spannplatten,Magnet- Schienenbremse, Elektrokupplungen) Elektrostatische KrĂ€fte (Papierhalterung an Plotter, xy â Schreiber)
âąGröĂe der ĂŒbertragenen Kraft:
âąVerwendung: Schrauben, Keile, Rad/Fahrbahn
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Formschluss:
AcS
eScherflÀchS
:
F FÂŽc: Formfaktor c = 0,75
c = 0,66
c = 0,5c berĂŒcksichtigt ungleichmĂ€Ăige Schubspannungsverteilung
âąKraftĂŒbertragung (F) erfolgt durch den Scherwiderstand des verbindenden Teils;
âąan den kraftĂŒbertragenden FlĂ€chen tritt FlĂ€chenpressung auf;
âąGröĂe der ĂŒbertragbaren Kraft: SFF SzulScher
âąVerwendung: Stifte, PaĂfedern, PaĂ â Schrauben, Verzahnungen
Stoffschluss:F
FÂŽ
âąKraftĂŒbertragung (F) erfolgt durch die MolekularkrĂ€fte in der Verbindungsfuge, (AdhĂ€sionskrĂ€fte bei verschiedenen Werkstoffen, KohĂ€sionskrĂ€fte bei gleichartigen Werkstoffen)
âąGröĂe der ĂŒbertragbaren Kraft: AFF szulscher
âąVerwendung: Löten, Kleben, SchweiĂen
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2.2 Beispiele:
2.2.1 Schraubverbindungen
âąSchraubverbindungen stellen eine leicht lösbare Verbindung her.
âąLiegt die Belastung in Richtung der Schraubenachse, dann handelt es sich um eine formschlĂŒssige Verbindung. âąWirken die KrĂ€fte senkrecht zur Schraubenachse, dann erfolgt deren Ăbertragung kraft-, form- oder form- und kraftschlĂŒssig.âąAlle Schrauben setzen Drehbewegungen in axiale Bewegungen um.
âąSchraubenarten: Befestigungsschrauben (Ăbertragen axiale und/oder QuerkrĂ€fte)Bewegungsschrauben (Wandeln Drehbewegungen in axiale Bewegungen; Pressen, Spindeln bei Dreh- maschinen)DichtungsschraubenEinstellschraubenMessschraubenSpannschrauben
âąDas Gewinde ist eine profilierte Einkerbung lĂ€ngs der Schraubenlinie.
Gewindebolzen mit Mutter nach DIN 27
Analoges Bild
symbolisches analoges Bild Z
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Die Abwicklung der Schraubenlinie am Flankendurchmesser d2 fĂŒhrt zu einer Geraden mit dem
Steigungswinkel . Das Regelgewinde hat einen Steigungswinkel von 3°.
Je nach Wahl der Steigungsrichtung werden links- und rechtsgÀngige Schrauben unterschieden.
Grundformen von Gewinden
metrisches Gewinde
metrisches Feingewinde
Whitwort â Rohrgewinde
Trapezgewinde
SĂ€gegewinde
Rundgewinde
P
P
d2
d2 d2
d2P P
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Verformung und Festigkeit von SchraubenDie Theorie der Befestigungsschrauben ist reichlich umfangreich. Allein die Belastung des Gewindes genauer zu erfassen ĂŒberschreitet diesen Kurs. Da das Schrauben jedoch zu den wichtigsten Verbindungsarten, die in der Schule praktiziert werden, gehört, sind einige wesentliche Informationen ĂŒber die Kraft- und VerformungsverhĂ€ltnisse bei Schraubverbindungen unverzichtbar. Mit ihnen wird ein tieferes VerstĂ€ndnis fĂŒr Schraubverbindungen möglich.
Man unterscheidet nicht vorgespannte und vorgespannte Schraubverbindungen. Die ersteren sind vor dem Angreifen einer Ă€uĂeren Kraft unbelastet,also nicht vorgespannt. Das ist der Fall bei Spann-schlössern, Abziehvorrichtungen usw. Diese Variante betrachten wir im folgenden nicht.
Bei vorgespannten Verbindungen sind die Schrauben vor dem Angreifen einer Betriebskraft FV bereits
belastet. D. h., sowohl in der Schraube, als auch in den verbundenen WerkstĂŒcken treten Spannungen auf.
vor dem Festdrehen nach dem Festdrehen nach dem Angreifen der Betriebskraft
f S
f T
FV
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VerkĂŒrzung -f LĂ€ngung + f
Verformungskennlinie fĂŒr die Schraube (a) und fĂŒr die vorgespannte Platte (b) und ihre Zusammen-fĂŒhrung ĂŒber die gespiegelte (c) und verschobene Plattenkennlinie (d) zum Verspannungsschaubild.
fT F
V
+ F
- F
Kennlinieder ver-spanntenPlatten
b
Schrauben-Kennlinie
ad
fS fT
cF
VF
V
âąVor dem Festdrehen der Mutter sind Schraube und Bauteil noch unbelastet.
âąIn der Verbindung wirkt die axiale Kraft FV, die als RĂŒckfĂŒhrkraft der elastisch gedehnten Schrau- be die "Feder" elastisch zusammendrĂŒckt und umgekehrt als "Federspannkraft" die Schraube die Schraube verlĂ€ngert (Montagezustand) Die Vorspannkraft FV der Schraube entspricht der Klemm- kraft FKL der Bauteile.
âąWird die Mutter festgedreht, dann werden die zu verbindenden Teile - zur besseren Anschaulichkeit durch eine Feder ersetzt gedacht - um fT zusammengedrĂŒckt und gleichzeitig wird die Schraube um fS verlĂ€ngert (vorgespannt).
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Verteilung der Spannungen Spannungen in Schrauben und in Bauteilen
Zugspannung in der Schraube Zugspannung in der Schraube und Druckspannung im Material
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Festigkeitsklassen von Schrauben und Muttern
Schrauben aus Stahl sind mit Herstellerzeichen und Festigkeitswerten gekennzeichnet. Die Festigkeitskennzeichnung besteht aus zwei durch einen Punkt getrennte Zahlen.
âąDie erste Zahl gibt 1/100 der PrĂŒfspannung in N/mm2 an.âąDie zweite Zahl gibt das 10-fache des StreckgrenzenverhĂ€ltnisses (Mindeststreckgrenze zu Mindestzugfestigkeit) an.âąDas Produkt der beiden Zahlen entspricht 1/10 der Mindest- streckgrenze.
Festigkeitsklassen: 3.6 4.6 5.6. 5.8 6.6 6.8 6.9 8.8 10.9 12.9 14.9
Muttern aus Stahl sind mit Herstellerzeichen und einer Zahl gekennzeichnet, die 1/100 der PrĂŒfspannung in N/mm2 angibt. Die PrĂŒfspannung der Mutter entspricht der Mindestzugfestigkeit einer entsprechenden Schraube.
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AusfĂŒhrungsformen von Schrauben
Sechskantschrauben werden mit Muttern bei Durchgangs-löchern verwendet und ohne Muttern, wenn das Mutter-gewinde in das WerkstĂŒck eingeschnitten ist.
Stiftschrauben verwendet man, wenn die Verbindung hĂ€ufig gelöst werden muss. Die Stiftschraube wird mit dem kurzen Gewindeende in das Muttergewinde des WerkstĂŒcks mit Hilfe eines Stiftsetzers eingesetzt. Beim Lösen der Schraubverbindung wird nur die Sechskantmutter gelöst.
Zylinderschrauben mit Innensechskant (Inbusschrauben) sind platzsparend durch den zylindrischen Kopf. Sie eignen sich fĂŒr Verschraubungen, die wegen ihrer Lage nicht mit einem Sechskant-schlĂŒssel angezogen werden können. Als Sonderbauform gibt es Zylinderschrauben mit Innenverzahnung.
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Passschrauben werden verwendet, wenn ein Verschieben der verschraubten WerkstĂŒcke verhindert werden soll und groĂe ScherkrĂ€fte auftreten. Der Schaftdurchmesser der Passschraubeist etwas gröĂer als der Gewindedurchmesser.
Dehnschrauben verwendet man, wenn dauernde Wechselbelastungen auftreten, z. B. am PleuelfluĂ. Normale Schaftschrauben brechen bei dauernder Wechselbelastung nach einiger Zeit infolge ErmĂŒdung, auch wenn sie genĂŒgend stark ausgefĂŒhrt sind. Der Schaftdurchmesser der Dehnschraube (formelastische Schraube) betrĂ€gt nur etwa 90 % des Gewindekern-durchmessers, ausgenommen an Stellen, an denen sie in der Bohrung anliegen soll. Die mit dem Dreh- momentschlĂŒssel richtig angezogene Dehnschraube ist mit einer Zugkraft vorgespannt, die wesentlich gröĂer ist als die im Betrieb von auĂen einwirkende Zugkraft. Im Betrieb kann die Dehnschraube im elastischen Bereich bis dicht an die Streckgrenze beansprucht sein. Dehnschrauben halten ihre Verspannung selbst und benötigen keine Schrauben- sicherung. Die Gewinde mĂŒssen leichtgĂ€ngig sein.
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Schlitzschrauben und Kreuzschlitzschrauben können als Zylinder-, Senk-, Linsen- oder Linsensenkschrauben mit Schlitz oder Kreuzschlitz ausgefĂŒhrt sein.
Gewindestifte sind Schrauben mit Gewinde auf der ganzen LĂ€nge. Je nach Verwendung sind sie mit verschiedenartigen Enden, z. B. Spitze, Zapfenoder Ringschneide, versehen. Sie dienen zum Befestigen oder Sichern von Naben oder Lagern.
Blechschrauben werden fĂŒr Verbindungen mit Blechen verwendet. Sie werden als Schlitz-, Kreuzschlitz- oder Sechskantschrauben hergestellt. Beim Einschrauben schneiden sie sich das Muttergewinde selbst. Das Loch im Blech soll etwa den gleichen Durchmesser wie der Schraubenkern haben.
Schneideschrauben, gefertigt in den Abmessungen M 2,5 bis M 8, sind gehĂ€rtet. Sie schneiden ihr Gewinde beim Einschrauben in das Kernloch selbst. Vor dem Einschrauben werden sie in Ăl getaucht und mit Druck in Richtung der Schraubenachse eingeschraubt.
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Muttern werden in verschiedenen Formen hergestellt.
Sechskantmuttern haben eine Höhe von etwa 0,8 x d oder etwa 0,5 x d (Flachmutter).
Kronenmuttern mit 6 oder 10 Schlitzen werden verwendet, wenn mit Splinten gesichert werden soll.
Hutmuttern schlieĂen die Verschraubung nach auĂen dicht ab, schĂŒtzen das Gewinde vor Be-schĂ€digung, schĂŒtzen vor Verletzung und gebender Verschraubung ein schönes Aussehen.
Ăberwurfmuttern verwendet man bei Rohrverschrau-bungen.
FlĂŒgelmuttern und RĂ€ndelmuttern können ohne Hilfsmittel von Hand angezogen werden.
Nut- und Kreuzlochmuttern mit metrischem Feingewinde dienen vielfach zum Befestigen von WĂ€lzlagern auf Wellen und zum Einstellen des axialen Spiels.
SchweiĂmuttern werden im Karosseriebau verwendet. Mit Hilfe von elektri-schen SchweiĂmaschinen wird die SchweiĂmutter an drei Warzen mit dem Bauteil punktförmig verbunden. Ein ringförmiger Bund zentriert die Mutter im Loch.
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Elemente zum Verbinden von Wellen und Naben
Pass- und Scheibenfederverbindung
Die Passfederverbindung ist die gebrĂ€uchlichste Formschlussverbindung fĂŒr Riemenscheiben, ZahnrĂ€der, Kupplungen u.dgl. mit Wellen.
Scheibenfeder
Rundstirnige Passfeder
geradstirnige Passfeder
Passfeder mitHalte- und An-drĂŒckschrauben
FĂŒr lĂ€ngs bewegliche Naben wird die Passfeder mit entsprechenden Toleranzen zur Gleitfeder, z.B. bei VerschieberĂ€dern in Getrieben bei Werkzeugmaschinen.
Ft2Ft1Ft
d/2 r 1 r 2p
d
a
T
Weitere Verbindungen von Welle und Nabe sind: âąKeilverbindungâąKeil- und Zahnwellen - VerbindungenâąPolygon - VerbindungâąStift - Verbindung
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Weitere in der Maschinentechnik genutzte Verbindungen: âąKlebverbindungâąLötverbindungâąSchweiĂverbindungâąNietverbindung
4. Eine Schraube M 6 hat einen Kerndurchmesser von 4,77 mm. Mit welcher Zugkraft kann sie belastet werden, wenn die zulÀssige Zugspannung z zul = 60 N/mm2 betrÀgt? F=10,7 kN
5. Mit welcher Zugbelastung kann ein SpannschloĂ mit dem Gewinde M12 höchstens belastet werden, wenn die Zugspannung 50 N/mm2 nicht ĂŒberschritten werden darf?
Der belastete Querschnitt soll mit dk = 0,8 d berechnet werden.
6. Ein Elektromotor mit einer Leistung von 25 kW und einer Drehzahl von 1420 min -1 hat einen Wellenzapfen von 40 mm Durchmesser. Eine rundstirnige Passfeder ohne Halteschraube soll ein Ritzel aus Stahl drehsicher mit der Welle verbinden.
Hinweise: Eine Passfeder wird auf Abscherung beansprucht. AuĂerdem entsteht zwischen den SeitenflĂ€chen der Passfeder eine FlĂ€chenpressung. Die Berechnung der PassfederlĂ€nge erfolgt ĂŒber die zulĂ€ssige FlĂ€chenpressung, weil dann auch die Abscherspannungen unter den zulĂ€ssigen Werten bleiben. Entscheidend ist meist die FlĂ€chenpressung zwischen der Passfeder und der Nabennut, weil diese FlĂ€che kleiner ist, als die zwischen Passfeder und Wellennut und sich deshalb die gröĂere FlĂ€chenpressung ergibt.
Aufgaben
F=3,62kN
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Die zulĂ€ssige FlĂ€chenpressung betrĂ€gt beimMaterial der Welle und der Feder p = 120 N/mm2. Die Tiefe der Nut in der Welle betrĂ€gt 3 mm und es steht eine Passfeder mit der Breite von b = 12 mm und einer Höhe von h = 8 mm zur VerfĂŒgung. Berechnen Sie die LĂ€nge l der zuverwendenden Feder.
FU h N
h
dW
l = 23,4 mm plus 12 mm