Maschinenelemente für Dummies

Produktbeschreibung

Maschinenelemente sind die Grundbausteine von Produktionsmaschinen, Fahrzeugen, Haushaltsgeräten und mechatronischen Geräten. Die Vielfalt reicht dabei von kleinen Verbindungselementen wie Schrauben über Kugellager bis zum komplexen Getriebe. "Maschinenelemente für Dummies" bietet einen einfachen und verständlichen Einstieg in dieses weite Gebiet. Durch die systematische Orientierung an der ausgeübten Funktion lernen Sie das gesamte Spektrum der Maschinenelemente kennen und behalten dabei immer den Überblick. Anton Haberkern nennt und erläutert die Berechnungsformeln der genannten Elemente und legt dabei großen Wert auf die verständliche Darstellung der Grundprinzipien. Durch praktische Beispiele wird das Gelernte gefestigt, die nächste Prüfung kann also kommen. 

Inhaltsverzeichnis

Über den Autor 7

Über den Fachkorrektor 7

Einleitung 19

Über dieses Buch 19

Konventionen in diesem Buch 19

Was Sie nicht lesen müssen 20

Törichte Annahmen über die Leser 20

Wie dieses Buch aufgebaut ist 20

Teil I - Was Maschinenelemente können 20

Teil II - Maschinenelemente zum Verbinden 20

Teil III - Maschinenelemente zum Abstützen von Bewegungen 21

Teil IV - Maschinenelemente zum Umwandeln von Bewegungsformen 21

Teil V - Der Top-Ten-Teil 21

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 21

Jetzt geht es los 22

TEIL I WAS MASCHINENELEMENTE KÖNNEN 23

Kapitel 1 Maschinen und Maschinenelemente 25

Die kleinsten Teilchen im Maschinenbau 25

Das ist ja alles so schön gleich hier 28

Kapitel 2 Aufgabenteilung macht stark: Die funktionale Sichtweise 31

Der Funktionsbegriff 31

Die klassischen Maschinenelemente 33

Die Gestaltung technischer Systeme mithilfe von Funktionen 33

1 Betrachtungsebene 33

2 Betrachtungsebene 34

3 / 4 .. / X Betrachtungsebene 35

Eine funktionsorientierte Ordnungsstruktur der Maschinenelemente 36

TEIL II MASCHINENELEMENTE ZUM VERBINDEN 39

Kapitel 3 Arten von Verbindungen - ein erster Überblick 41

Warum die Einheiten von Maschinen oft nicht aus einem Teil bestehen 42

Alles verbindet, aber wie? Verbindungsarten 43

Starr oder nur als starr getarnt? 45

Klassifizierung von Verbindungen 45

Kapitel 4 Reibschlüssige Verbindungen 47

Schraubenverbindungen 47

Der Einfluss des Steigungswinkels 48

Der Einfluss des Flankenwinkels 50

Gewindeprofile 51

Grundgleichungen eines Schraubengewindes 52

Hält die das aus? Belastung und Beanspruchung von Schraubenverbindungen 54

Fazit zur Berechnung von Schraubenverbindungen 61

Festigkeitsklassen für Befestigungsschrauben 61

Grobdimensionierung von Schraubenverbindungen 63

Pressverbindungen 65

Funktionsprinzip einer Pressverbindung 65

Montage einer Pressverbindung 66

Arten von Pressverbindungen 67

Dimensionierung einer Pressverbindung 68

Stärken und Schwächen von Pressverbindungen 69

Kapitel 5 Formschlüssige Verbindungen 71

Stiftverbindungen 72

Formen von Stiften 72

Ausführungen von Stiftverbindungen 74

Berechnung von Stiftverbindungen 74

Nut-Feder-Verbindungen 79

Allgemeine Nut-Feder-Verbindung mit Nutenstein 79

Nut-Feder-Verbindungen zwischen Welle und Nabe 80

Berechnung von Nut-Feder-Verbindungen 80

Profilverbindungen 81

Nietverbindungen 83

Anwendungsbereiche für Nietverbindungen 83

Kalt- und Warmnieten 84

Kapitel 6 Stoffschlüssige Verbindungen 85

Schweißverbindungen 87

Inhaltsverzeichnis 13

Einteilung der Schweißverfahren 88

Schmelzschweißverfahren für Metalle 89

Pressschweißverfahren für Metalle 91

Pressschweißverfahren für Kunststoffe 93

Schweißnahtformen 94

Festigkeitsberechnung von Schweißverbindungen 94

Lötverbindungen 96

Lote 97

Flussmittel 98

Klebeverbindungen 98

Kapitel 7 Elastische Verbindungen: Federn 101

Federkennlinie 102

Federarbeit 103

Zusammengesetzte Systeme aus mehreren Federn 105

Fall a: Parallelschaltung von Federn 105

Fall b: Reihenschaltung von Federn 106

Fall c: Mischschaltung von Federn 106

Schwingungsverhalten 107

Bauarten von Federn 108

Metallfedern für geradlinige Bewegungen 110

Nichtmetallfedern für geradlinige Bewegungen 113

Metallfedern für Drehbewegungen 113

Nichtmetallfedern für Drehbewegungen 114

TEIL III MASCHINENELEMENTE ZUM ABSTÜTZEN VON BEWEGUNGEN 115

Kapitel 8 Arten von Lagern und Führungen - ein Überblick 117

Gelagert oder geführt - Unterscheidung nach der Bewegungsform 118

Anforderungen an Lager und Führungen in Maschinen 121

Einteilung von Lagern und Führungen nach der Kontaktart 121

Kapitel 9 Gleitlager und Gleitführungen 123

Hydrodynamische Lager und Führungen 123

Das Funktionsprinzip Hydrodynamik 123

Das Stribeck-Diagramm 125

Der rotierende hydrodynamische Kontakt: Lager 126

Der lineare hydrodynamische Kontakt: Führung 127

Anwendungsbeispiele Hydrodynamik 127

Werkstoffe für hydrodynamische Gleitkontakte 130

Tragfähigkeitsberechnung von hydrodynamischen Gleitkontakten 132

Hydrostatische Lager und Führungen 133

Das Funktionsprinzip Hydrostatik 133

Druckverlauf an einer Hydrostatik-Tasche 135

Druckversorgung bei mehreren Hydrostatik-Taschen 137

Anwendungsbeispiele für hydrostatische Kontakte 138

Aerostatische Lager und Führungen 140

Das Funktionsprinzip Aerostatik 140

Vergleich aerodynamischer/aerostatischer Kontakt 141

Bereitstellung der Druckluft 141

Gestaltung aerostatischer Lager und Führungen 142

Anwendungen der Aerostatik 143

Feststoffgeschmierte Lager und Führungen 144

Elektromagnetische Lager und Führungen 145

Das Funktionsprinzip der elektromagnetischen Abstützung 145

Magnetkräfte 145

Abstandsregelung 146

Adaptierbare Steifigkeit und Dämpfung 146

Anwendungsbeispiele für elektromagnetische Lager und Führungen 148

Kapitel 10 Wälzlager und Wälzführungen 149

Mögliche Bewegungsformen zwischen zwei Körpern 149

Gleiten 150

Rollen 150

Wälzen 150

Bohren 151

Die geometrischen Formen von Wälzkörpern 151

Herstellkosten verschiedener Wälzkörper-Geometrien 152

Das Berechnungsmodell Hertz'scher Kontakt 152

Die Schmiegung 153

Bauarten von Wälzlagern 153

Viel hilft viel: Anordnung von mehreren Wälzlagern 154

Fest-Los-Lagerung 154

Schwimmende Lagerung 157

Angestellte Lagerung 158

Bauarten von Wälzführungen 159

Ohne interne Vorspannung 159

Mit interner Vorspannung 160

Ohne Wälzkörperrückführung 160

Mit Wälzkörperrückführung 161

Profilschienen-Wälzführungen 162

Die Lebensdauer von Wälzkontakten berechnen 163

Die Lebensdauergleichung für Wälzlager 164

Berücksichtigung veränderlicher Drehzahlen und Belastungen 168

Die modifizierte Lebensdauergleichung für Wälzlager 169

Die Lebensdauergleichung für Wälzführungen 170

Zulässige Belastung von Wälzlagern im Stillstand 172

Nur nicht nachgeben: Die Steifigkeit von Wälzkontakten 173

Werkstoffe für Wälzlager und Wälzführungen 174

Stahl 175

Keramik 176

Kapitel 11 Reibung, Schmierung und Verschleiß 177

Das läuft ja wie geschmiert: Schmierstoffe 178

Schmieröle 178

Schmierfette 181

Festschmierstoffe 182

Das Funktionsprinzip von Festschmierstoffen 184

Zäh und schleimig: Die Viskosität 186

Viskosimeter 187

Viskositätsänderung mit der Temperatur 188

Unbeliebt, aber unvermeidbar: Der Verschleiß 190

Die Verschleißmechanismen 190

Maßnahmen zur Verschleißreduktion 194

Verschleißerkennung aus der Bauteiloberfläche 194

Kapitel 12 Noch ganz dicht? Maschinenelemente zum Abdichten 197

Was Dichtungen können 197

Hermetisch dicht oder technisch dicht 198

Arten von Dichtungen 198

Statische berührende Dichtungen 199

Statische berührungslose Dichtungen 201

Dynamische berührende Dichtungen 201

Dynamische berührungslose Dichtungen 204

TEIL IV MASCHINENELEMENTE ZUM UMWANDELN VON BEWEGUNGSFORMEN 207

Kapitel 13 Arten von Getrieben im Überblick 209

Wo Getriebe gebraucht werden 210

Klassifizierung von Getrieben 211

Kapitel 14 Rädergetriebe 217

Zahnradgetriebe: Formschlüssige Räder 219

Bauformen von Zahnrädern 219

Richtung der Verzahnung 222

Profilform der Zähne 224

Kenngrößen von Stirnradgetrieben mit parallelen Achsen 225

Reibradgetriebe 236

Reibradgetriebe mit konstanter Übersetzung 236

Reibradgetriebe mit stufenlos veränderlicher Übersetzung 236

Kapitel 15 Zugmittelgetriebe 239

Auswahl des Zugmittels 240

Formschlüssige Zugmittelgetriebe 242

Kettengetriebe 242

Zahnriemengetriebe 244

Reibschlüssige Zugmittelgetriebe 246

Flachriemengetriebe 246

Keilriemengetriebe 248

Kapitel 16 Hubgetriebe 251

Spindel-Hubgetriebe 252

Gleitgewindetrieb 253

Kugelgewindetrieb 254

Hydrostatischer Gewindetrieb 255

Zahnstangen-Hubgetriebe 256

Zugmittel-Hubgetriebe 258

Schubketten-Hubgetriebe 259

Kapitel 17 Kupplungen und Bremsen 261

Einteilung von Kupplungen 261

Nichtschaltbare starre Kupplungen 264

Nichtschaltbare nachgiebige Kupplungen 265

Schaltbare fremdbetätigte Kupplungen 266

Schaltbare momentbetätigte Kupplungen 267

Schaltbare drehzahlbetätigte Kupplungen 268

Schaltbare richtungsbetätigte Kupplungen 269

Bremsen 270

TEIL V DER TOP-TEN-TEIL 271

Kapitel 18 Zehn interessante Daten zur wirtschaftlichen Bedeutung des
Maschinenbaus 273

Die größten Industriezweige 273

Bilanz des deutschen Maschinenaußenhandels 274

Deutsche Maschinenexporte nach Regionen 274

Deutsche Maschinenexporte nach einzelnen Abnehmerländern 275

Deutsche Maschinenimporte nach Regionen 275

Deutsche Maschinenimporte nach einzelnen Lieferländern 276

Deutscher Maschinenaußenhandel nach Fachzweigen 276

Welthandelsanteile 277

Maschinenexporteure nach Maschinengruppen 277

Weltproduktion von Werkzeugmaschinen 278

Lösungen der Übungsaufgaben 279

Stichwortverzeichnis 287 

Autoreninfo

Prof. Dr.-Ing. Anton Haberkern lehrt an der Hochschule Esslingen Maschinenelemente und Konstruktion. Er hält Vorlesungen für die Studiengänge Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen und Technische Betriebswirtschaft. Nach seinem Maschinenbau-Studium an der Universität Karlsruhe war er viele Jahre in der Werkzeugmaschinenindustrie tätig.