Handbuch Maschinenbau: Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik

1608 Pages·2009·114.4 MB·German

by  Alfred Böge (eds.)

A Mathematik A 1-70
B Naturwissenschaftl iche
B 1-52
Grundlagen
C Mechanik C 1-138
D Festigkeitslehre D 1-81
E Werkstofftechnik E 1-85
F Thermodynamik F 1-39
G Elektrotechnik G 1-61
H Grundlagen der Mechatronik H 1-34
Maschinenelemente I 1-209
K Fordertechnik K 1-79
L Kraft- und Arbeitsmaschinen L 1-100
M Spanlose Fertigung M 1-56
N Zerspantechnik N 1-35
0 Werkzeugmaschinen 01-120
P Programmierung von
>[ 1-39
Werkzeugmaschinen
Q Steuerungstechnik Q 1-85
R Regelungstechnik R 1-48
S Betriebswirtschaft S 1-98
T Produktionslogistik T 1-24
Alfred Boge (Hrsg.)
Handbuch Maschinenbau
Beitrage und Mitarbeiter
A Mathematik Dr. Friedrich Kemnitz,
Prof. Dr. Arnfried Kemnitz
B Naturwissenschaftliche Gert Boge,
Grundlagen Prof. Dr. rer. nat. Peter Kurzweil
C Mechanik Alfred Boge, Gert Boge,
Prof. Dr.-Ing. Dominik Surek
D Festigkeitslehre Alfred Boge, Gert Boge
E Werkstofftechnik Wolfgang WeiBbach
F Thermodynamik Heinz Wittig
G Elektrotechnik Gert Boge
H Grundlagen der Mechatronik Prof. Dr.-Ing. Werner Roddeck
I Maschinenelemente Alfred Boge, Wolfgang Boge,
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Borutzki,
Prof. Dr.-Ing. Susanna Labisch,
Prof. Dr.-Ing. Frank Weidermann,
Prof. Dr.-Ing. Petra Wieland
K Fordertechnik Dr.-Ing. Johannes Sebulke
L Kraft- und Arbeitsmaschinen Wolfgang Boge, Manfred Ristau
M Span lose Fertigung Wolfgang Boge,
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Borutzki
N Zerspantechnik Alfred Boge
0 Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. WernerBahmann
P Programmierung von Rainer Ahrberg,
Werkzeugmaschinen Jiirgen Voss
Q Steuerungstechnik Werner Thrun,
Prof. Dr.-Ing. Petra Wieland
R Regelungstechnik Berthold Heinrich
S Betriebswirtschaft Klaus-Dieter Arndt,
Prof. Jiirgen Bauer
T Produktionslogistik Prof. Jiirgen Bauer
Alfred Böge (Hrsg.)
Handbuch
Maschinenbau
Grundlagen und Anwendungen
der Maschinenbau-Technik
19., überarbeitete und erweiterte Auflage
Mit 1993 Abbildungen und 407 Tabellen
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der
Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über
<http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
1. Auflage 1964
Nachdruck 1968
2.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1969
Nachdrucke 1971, 1975
3.,völlig neu überarbeitete Auflage 1977
4.,überarbeitete Auflage 1979
5.,überarbeitete Auflage 1981
6.,durchgesehene Auflage 1982
7.,überarbeitete Auflage 1983
8.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1985
9.,überarbeitete Auflage 1986
10.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1987
11., überarbeitete und erweiterte Auflage 1989
12.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1990
13.,überarbeitete Auflage 1992
14.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1995
15.,überarbeitete und erweiterte Auflage 1999
16.,überarbeitete Auflage November 2000
17., völlig neu bearbeitete Auflage September 2004
18.,überarbeitete und erweiterte Auflage 2007
19.,überarbeitete und erweiterte Auflage 2009
Bis zur 16. Auflage erschien das Buch unter dem Titel „Das Techniker Handbuch“, bis zur 18. Auflage
einschließlich hieß es „Vieweg Handbuch Maschinenbau“, ebenfalls unter der Herausgeberschaft
von Alfred Böge.
Alle Rechte vorbehalten
© Vieweg+Teubner | GWV FachverlageGmbH, Wiesbaden 2009
Lektorat: Thomas Zipsner | Imke Zander
Vieweg+Teubner ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media.
www.viewegteubner.de
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berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im
Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher
von jedermann benutzt werden dürften.
Technische Redaktion: Klementz publishing services, Gundelfingen
Umschlaggestaltung:KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg
Bilder: Graphik & Text Studio, Dr. Wolfgang Zettlmeier, Barbing
Druck und buchbinderische Verarbeitung: Tˇˇeˇˇsínská Tiskárna, a.s., Tschechien
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
Printed in Czech Republic
ISBN 978-3-8348-0487-7
v
Vorwort zur 19. Auflage
Das "Vieweg Handbuch Maschinenbau" - eine Weiterentwicklung des friiheren "Techniker
handbuchs" - hat sich einen festen Platz in der Techniker- und Ingenieurausbildung erworben.
In der vorliegenden 19. Auflage wurde das "Vieweg Handbuch Maschinenbau" wiederum voll
stiindig iiberarbeitet.
Das Handbuch Maschinenbau beschreibt in der bewahrten praxisnahen und verstiindlichen Dar
stellung die Inhalte frU den Studien- und Berufsbedarf der Ingenieure und Techniker. Das zeigt
das Inhaltsverzeichnis mit der Stoffauswahl zu den Grundlagen- und Anwendungsflichern frU
das Studium und die Berufspraxis des Ingenieurs. Eine Erweiterung in diesem Sinn ist der neue
Abschnitt 1.5 CAD in der Praxis im Kapitel Maschinenelemente.
1m Handbuch Maschinenbau fiihren anwendungsorientierte Problemstellungen in das Stoffgebiet
ein, Berechnungs- und Dimensionierungsgleichungen werden mit vielen Abbildungen verstiind
lich hergeleitet und ihre Anwendung an Beispielen gezeigt.
Das Werk ist als Arbeitsbuch frU das technische Studium insbesondere an Fach- und Fachhoch
schulen und als Nachschlagewerk frU die Praxis unverzichtbar. Das gilt in besonderem Mall
auch frU die Auswahl, Einordnung und Kontrolle von Informationen aus dem Internet.
Das Autorenteam aus dem Fachhochschulbereich und aus verantwortlichen Industriepositionen
hat seinen aktuellen fachwissenschaftlichen Erkenntnisstand engagiert in diese Neuauflage ein
gebracht.
Zur Aktualisierung der Inhalte nehmen Autoren, Herausgeber und Verlag jede Anregung dank
bar an.
E-Mail-AdressedesHerausgebers:[email protected]
Braunschweig, Oktober 2008 Alfred Boge
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In haltsverez ichn is
A Mathematik
1 Grundlagen ................................................................................................................... 1
1.1 Mengen ................................................................................................................ 1
1.2 Aussageformen und logische Zeichen ................................................................. 1
1.3 Indiez s, Summenez ichen, Produktez ichen ........................................................... 2
1. 4 Einteilung der Zahlen .......................................................................................... 2
1.5 oK mpleex Zahlen ................................................................................................ 3
1.6 Matriez n und Determinanten ............................................................................... 8
2 uF nktionen ................................................................................................................... 13
2.1 Defmition und Darstellungen von Funktionen .................................................... 13
2.2 Verhalten von uF nktionen ................................................................................... 1 4
2.3 Einteilung der elementaren uF nktionen ............................................................... 16
2. 4 Ganez rationale Funktionen ................................................................................. 18
2.5 Gebrochene rationale uF nktionen ........................................................................ 21
2.6 Irrationale uF nktionen ......................................................................................... 2 4
2.7 Transez ndente uF nktionen ................................................................................... 25
3 Trigonometrie .............................................................................................................. 27
3.1 Defmition der trigonometrischen uF nktionen ...................................................... 27
3.2 Trigonometrische uF nktionen frU beliebige Winkel............................................ 27
3.3 Beizehungen frU den gleichen Winkel ................................................................. 28
3. 4 Graphen der trigonometrischen uF nktionen ........................................................ 29
3.5 Sinussat z und oK sinussat z ................................................................................... 30
3.6 Arkusfunktionen .................................................................................................. 30
4 Analytische Geometrie ................................................................................................ 32
.41 oK ordinatensysteme ............................................................................................ 32
.42 Geraden ................................................................................................................ 3 4
.43 rK eise ................................................................................................................... 36
.4 4 uK geln ................................................................................................................. 37
.45 eK gelschnitte ....................................................................................................... 38
.46 Vektoren .............................................................................................................. 34
5 Differenizal- und Integralrechnung ........................................................................... 74
5.1 Folgen .................................................................................................................. 74
5.2 Reihen .................................................................................................................. 50
5.3 Grenwz erte von uF nktionen ................................................................................ 52
5. 4 Ableitung einer Funktion ..................................................................................... 55
5.5 Integralrechnung .................................................................................................. 62
VIII Inhaltsverzeichnis
B Naturwissenschaftllche Grundlagen
B1 Physik
1 Physikalische GroBen und und GroBenarten .................................................................. 1
2 BasisgroBen und abgeleitete GroBen .............................................................................. 2
3 GroBengleichungen ........................................................................................................ 2
4 Dimension einer GroBe .................................................................................................. 3
5 Einheiten...................................................................................................................... .. 4
6 Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten, kohiirente Einheiten, Hilfs- oder
Sondereinheiten ............................................................................................................. 4
7 Das Meter ist die Basiseinheit der BasisgroBe Lange .................................................... 5
8 Das Kilogramm ist die Basiseinheit der BasisgroBe Masse ........................................... 6
9 Die Sekunde ist die Basiseinheit der BasisgroBe Zeit .................................................... 6
10 Krafteinheit Newton ....................................................................................................... 6
11 Arbeits- und Energieeinheit Joule .................................................................................. 7
12 Skalare und Vektoren ..................................................................................................... 7
13 Geschwindigkeit ............................................................................................................ 8
1 4 Beschleunigung .............................................................................................................. 9
15 Masse ............................................................................................................................. 10
16 Dichte ............................................................................................................................. 11
17 Gewichtskraft ................................................................................................................. 11
18 Gravitation oder Massenanziehung ................................................................................ 12
19 Tragheit und Tragheitsgesetz ......................................................................................... 13
20 Dynarnisches Grundgesetz ............................................................................................. 13
21 Wechselwirkungsgesetz ................................................................................................. 1 4
22 Kraft ............................................................................................................................... 15
23 Tragheitskraft ................................................................................................................. 16
2 4 Statisches Gleichgewicht ............................................................................................... 17
25 Dynarnisches Gleichgewicht .......................................................................................... 19
B2 Chemie
1 Stoffe ............................................................................................................................. 26
2 Autbau der Materie ..................................................................................................... 26
2.1 Atomaufbau und atomare Konstanten .................................................................. 26
2.2 Elementsymbole und Atommassen ...................................................................... 26
2.3 Radioaktivitat und Kernchemie ........................................................................... 27
3 Periodensystem der Elemente (PSE) .......................................................................... 27
3.1 Atommodelle und Quantenzahlen ........................................................................ 27
3.2 Aufbau des Periodensystems ............................................................................... 28
3.3 Elektronenkonfiguration ...................................................................................... 29
3.4 Periodische Eigenschaften der Elemente ............................................................. 30
4 Chemische Bindung ..................................................................................................... 32
.41 Ionenbindung (Salze) ........................................................................................... 33
.42 Atombindung (Molekiile) .................................................................................... 3 4
Inhaltsverzeichnis IX
.43 Metallbindung (Metalle und eL gierungen) .......................................................... 36
.4 4 Koordinationsverbindungen ("Komplexe") ......................................................... 36
.45 Zwischenmolekulare rKiifte ................................................................................. 38
5 Chemische Reaktionen ................................................................................................ 38
5.1 St6chiometrie ....................................................................................................... 38
5.2 Thermochemie ..................................................................................................... 39
5.3 Chemisches Gleichgewicht .................................................................................. 39
5. 4 aK talyse ............................................................................................................... 04
5.5 Chemische Reaktionen ........................................................................................ 04
6 Sauren und Basen ........................................................................................................ 14
6.1 Defmitionen und Eigenschaften ........................................................................... 14
6.2 Benennung von Siiuren und Salez n ..................................................................... 14
6.3 Beispiele frU Siiuren und Basen ........................................................................... 14
6. 4 uL ftschadstoffe und saurer Regen ....................................................................... 24
6.5 Bauchemie und Wasserhiirte ................................................................................ 24
6.6 Verbrennungsvorgange ........................................................................................ 24
6.7 Anorganische Basen ............................................................................................ 24
6.8 Stiirke von Siiuren und Basen .............................................................................. 24
6.9 Neutralisation und yH drolyse .............................................................................. 34
6.10 oK nez ntrationsmaBe ............................................................................................ 44
7 aF llungen und Wasserharte ........................................................................................ 44
7.1 L6slichkeitsprodukt............................................................................................. 44
7.2 Wasserhiirte ......................................................................................................... 54
7.3 Wasserreinigung.................................................................................................. 54
7. 4 eK nnwerte der Wasseruq alitiit ............................................................................. 54
7.5 Trinkwasseraufbereitung ..................................................................................... 54
8 Elektrochemie .............................................................................................................. 64
8.1 Oxidation und Reduktion ..................................................................................... 64
8.2 Elektrochemische Zellen ..................................................................................... 64
8.3 Normalpotential ................................................................................................... 64
8. 4 Galvanische Elemente und Korrosion ................................................................. 74
8.5 Batterien und Akkumulatoren .............................................................................. 84
8.6 Brennstoffzellen ................................................................................................... 94
8.7 Elektrolyse ........................................................................................................... 50
8.8 Metallgewinnung ................................................................................................. 50
8.9 Galvanotechnik .................................................................................................... 51
9 Organische Chemie ...................................................................................................... 51
9.1 Kohlenwasserstoffe............................................................................................. 51
9.2 Stoffklassen......................................................................................................... 51
x Inhaltsverzeichnis
C Mechanlk
1 Statik starrer Korper in der Ebene ............................................................................ 1
1.1 Grundlagen .......................................................................................................... 2
1.2 Zusammensetez n, Zerlegen und Gleichgewicht von rK iiften in der Ebene ......... 6
1.3 rKiifte im Raum (Sonderfalle) ............................................................................. 13
1. 4 Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) ...................................................................... 16
1.5 Guldin'sche Regeln .............................................................................................. 22
1.6 Standsicherheit, Gleichgewichtslagen ................................................................. 23
1.7 Statik der ebenen aF chwerke ............................................................................... 2 4
1.8 Reibung ................................................................................................................ 30
2 Dynamik ........................................................................................................................ 34
2.1 Bewegungslehre (iKnematik) .............................................................................. 44
2.2 Mechanische Arbeit und eL istung; Wirkungsgrad; bU ersetuz ng ........................ 56
2.3 Dynamik der Verschiebebewegung (Translation) des starren oK rpers ................ 60
2. 4 Dynamik der Drehung (Rotation) des starren oK rpers ........................................ 66
2.5 Gegeniiberstellung der Gesetez fiir Drehung und Schiebung .............................. 7 4
2.6 Gerader zentrischer StoB ...................................................................................... 75
3 Statik der Fliissigkeiten (Hydrostatik) ....................................................................... 81
3.1 Eigenschaften der lFiissigkeiten und Gase .................................................. ......... 82
3.2 yH drostatischer Druck (lFiissigkeitsdruck, hydraulische Pressung) .................... 82
3.3 DruckA- usbreitungsgeset z ................................................................................... 82
3. 4 Anwendung des DruckA- usbreitungsgesetez s ..................................................... 82
3.5 yH draulische rK aftiibertragung ........................................................................... 83
3.6 Druckverteilung durch Gewichtskraft der lFiissigkeit ......................................... 8 4
3.7 yH drostatische rKiifte gegen ebene Wiinde offener GefaBe ................................ 85
3.8 Auftrieb ................................................................................................................ 85
3.9 Schwimmen ......................................................................................................... 86
3.10 Gleichgewichtslagen schwimmender oK rper ...................................................... 86
4 Hydrodynamik; Eindimensionale stationare inkompressible Stromung ................ 88
.41 Einfiihrung ........................................................................................................... 89
.42 Stromlinie, Bahnlinie, Stromfaden und Stromrohre ............................................ 89
.43 oK ntinuitiitsgleichung fiir die eindimensionale Stromung (Stromfadenstromung).. 89
.4 4 Bemoulligleichung ............................................................................................... 90
.45 Impulssat z ............................................................................................................ 91
.46 Eindimensionale inkompressible reibungsbehaftete Stromung ........................... 92
.47 Ahnlichkeitsgesetez der Stromungsmechanik ...................................................... 103
.48 Stromungswiderstand umstromter oK rper ........................................................... 106
.49 Diisen- und Diffusorstromung ............................................................................. 107
.410 Grensz chicht ........................................................................................................ 108
.411 Stromungstechnische Messtechnik ...................................................................... 109
.412 Numerische Berechnung instationarer Stromungen ............................................. 113