Maschinenelemente: Leitfaden zur Berechnung und Konstruktion für Maschinenbauschulen und für die Praxis mittlerer Techniker

468 Pages·1930·26.792 MB·German

by  Dipl. Ing. W. Tochtermann, Ing. H. Krause (auth.)

Maschinenelemente
Leitfaden zur Berechnung und Konstruktion
fiir Maschinenbauschulen und fiir die :Praxis
mittlerer Techniker
Von
Dipl. lug. W. Tochtermann
Professor a. d. Hoheren Maschinenbauschule E13lingen
Fiinfte, vollig neubearbeitete Auflage
der
Maschinenelemente von Ing. H.Kranse
Mit 511 Textabbildungen
Berlin
Verlag von Julius Springer
1930
ISBN- 13:978-3-642-904 72-1 e-ISBN- 13:978-3-642-92329-6
DOl: 10.1007/978-3-642-92329-6
Alle Rechte, insbesondere das der ti"bersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten.
Copyright 1930 by Julius Springer in Berlin.
Softcover reprint of the hardcover 5th edition 1930
Vorwort.
Das vorliegende Buch ist als Lehrbuch fiir mittlere technische
Lehranstalten und als Handbuch fiir den in der Praxis stehenden
Techniker bestimmt. Die seither erschienenen vier Ausgaben von
lng. H. K r a use setzten nur die elementarsten Kenntnisse in Mathe
matik, Mechanik und Festigkeitslehre voraus und Waren vor allem
fiir den Gebrauch an niederen technischen Schulen geschrieben. Sie
lehnten sich bezuglich Aufbau des Stoffes, der Berechnungen und
der Textabbildungen eng an die Bachschen Maschinenelemente an.
Unter Wahrung des Grundcharakters des Buches - ein moglichst
elementarer Leitfaden zu sein - habe ich nun versucht, den behan
delten Stoff der Maschinenelemente so darzulegen, daB er flir die
Bediirfnisse des mittleren Technikers in der Schule und in der Praxis
als grundlegend und hinreichend erachtet werden darf. Es ist deshalb
notwendig gewesen, die meisten Abschnitte des bisherigen Buches
ganz wesentlich zu erweitern und umzugestalten, denn eine genugende
Klarheit verlangt auch immer eine genugende Grundlichkeit, vor
allem aber einen streng durchgeflihrten logischen Entwicklungsgang
in der Darbietung, der mir Grundsatz gewesen ist. Hinwiederum
konnten einige Maschinenelemente, die heute als Spezialelemente zu
gelten haben, wie z. B. verschiedene typische Bauteile des Hebe- und
Kraftmaschimmbaues ohne Not in ihrer Behandlung gekurzt oder
weggelassen werden, um das Buch nicht zu umfangreich und damit
zu teuer werden zu lassen. Aus demselben Grund wurden aIle die
Konstruktionen entfernt, die heute durch zweckmaBigere Modelle er
setzt sind.
In Wurdigung der Tatsache, daB die Erzeugnisse des heutigen
Maschinenbaues in ihrer Gestaltung einen KompromiB darstellen
zwischen rechnerischer Sicherheit und wirtschaftlicher Fertigung,
ware es fur ein Buch wie das vorliegende, das fiir den Konstrukteur
bestimmt ist, und dies ist heute noch in der uberwiegenden Mehrheit
der auf Maschinenbauschulen ausgebildete mittlere Techniker, das
Gegebene, die Behandlung der Maschinenelemente auch aufs Grund
lichste vom Gesichtspunkt der rationellen Herstellung aus zu betreiben.
In dem engen Rahmen des vorliegenden Buches war dies aber voll
standig unmoglich, denn eine erfolgreiche Durchfuhrung der genannten
Methode hatte fur jeden bedeutenderen Maschinenteil eine dies
bezuglich vergleichende Gegenuberstellung der einzelnen Gestaltungs
moglichkeiten notwendig gemacht, desgl. eine anschauliche Erlaute
rung der in Frage kommenden Herstellungsoperationen erfordert.
lmmerhin wurde versucht, wenigstens an einigen Beispielen diesen
IV Vorwort.
Gedankengangen gerecht zu werden, im iibrigen aber muBte sich die
Darstellung in dieser Beziehung auf allgemeine Hinweise beschranken.
Ebenso konnten, im Interesse der Deutlichkeit, auf die besonderer
Wert gelegt wurde, nicht aIle Textabbildungen als werkstattgerechte
Zeichnungen, d. h. mit allen eI'forderlichen Passungs- und Bearbei
tungsangaben versehen, ausgebildet werden. Auch an den technischen
Schulen wiI'd das heute so sehr wichtige Gebiet der Fabrikation ja
wohl zweckmaBig nicht ausschlieBlich mit der allgemeinen EroI'terung
der Maschinenelemente verquickt, sondern ausgiebig und nutz
bringend nur gesondeI't behandelt werden konnen.
Die Arbeiten des Normenausschusses der deutschen Industrie, die
jetzt fiir das Gebiet del' Maschinenelemente so ziemlich abgeschlossen
sind, wurden aIle beriicksichtigt. Die Dinormen bedeuten in jeder
Hinsicht eine ziemliche und willkommene Erleichterung fiir den
Konstrukteur, dmen aber natiirlich nichto schablonenmaBig ange
wendet werden, sonst bergen sie die Gefahr in sich, namentlich den
jungen Anfanger yom eigenen Nachdenken abzubringen. Gerade die
studierende Jugend aber muB sich dariiber immer klar sein, daB nicht
mit Schablonen und Rezepten Ingenieurarbeit geleistet wiI'd, sondern
nur durch hingebendes und griindliches VeI'tiefen in die sich bietenden
Probleme. Gediegenheit in Theorie und Praxis ist gottlob noch immer
die WesensaI't des deutschen Technikers, mochte dies immer so bleiben!
Mein verbindlichster Dank gebiihrt dem seitherigen VeI'fasser des
Buches, Herrn Ing. H. Krause, Gmiind, desgleichen derVerlags
buchhandlung J u Ii u sSp r in g e r, Berlin fiir die "Obertragung der vor
liegenden Bearbeitung, die der Verlag in jeder Hinsicht gefordert hat.
Weiter danke ich dem friiheren Assistenten der Hoheren Maschinen
bauschule EBlingen, Herrn Ing. A. Diirr fiir die hilfreiche Unter
stiitzung durch Anfertigung zahlreicher Figuren und- nicht zuletzt
dem NormenausschuB der deutschen Industrie und all den Fil'men,
die mil' durch Uberlassung von Zeichnungen, Klischees und sonstigen
Unterlagen sehr forderlich entgegenkamen.
Moge das Buch auch in seiner jetzigen Gestalt eine freundliche
Aufnahme finden!
EBlingen a. N., im Mai 1930.
w.
Tochtermann.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Bedeutung der Maschinenelemente . 1
N ormalisierung . . . . . . . . . . . . 1
Die wichtigsten Werkstoffe ....• 2
Allgemeine Konstruktionsgrundsatze . 9
Uber die Herstellung von Zeichnungen 10
I. Verbindende Maschinenelemente.
A. Unlosbare Verbindungen 17
1. Nietverbindungen . . . . . . 17
AIlgemeines . . . . . . . . . . 17
Berechnung der Nietverbindungen 20
Bemessung der Nietnahte. . . . . . . . . . . . . . . . .. • 23
a) Feste und dichte Vernietungen: DampfkesselnietungenS.24.
Berechnung der Blechstarke von KesseIn S. 25. - Wahl der Ver
nietungen S. 29. b) Dichte Nietverbindungen: GefaB
nietungen S. 29. - Bildung korperlicher Ecken durch
Vernietung S. 29. c) Feste Nietungen: Eisenbau
nietungen S. 30.
2. Verbindungen durch SchweiBen, Schrumpfen oder Schwin-
den und andere unlosbare Verbindungen 34
Schrumpfverbindungen . . . 34
SchweiBverbindungen. . . . 36
B. Losbare Verbindungen . . . . . 38
1. Schraubenverbindungen 38
AIlgemeines . . . . . . . . 38
Gewindearten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 38
1. Befestigung sschra u ben S. 39. - 2. Bewegungsschra u ben S. 40.
Die Herstellung des Schraubengewindes 41
Verschiedene Schraubenarten . . . . . 45
Schraubensicherungen 49
Wirklmgsweise der Schrauben . 51
Berechnung der Schrauben 52
2. Keilverbindungen . 57
Allgemeines . . -. . . . . 57
Stellkeile . . . . . . . . 57
Befestigungskeile . . . . . . . . . . . .. ..... . 58
a) Langskeile S. 59. - b) Querkeile S. 62. - c) Streifkeile S. 67.
Keilsicherungen . .. ....... . 67
Klemmverbindungen ..........•.. 67
II. lliaschinenelemente der drehenden Bewegung.
A. Zapien 68
Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . 68
1. Achsen- und Wellenzapfen ..... 68
Berechnung der Zapfen. . . . . . . . . . 68
a) Tragzapfen S. 69. - b) Spurzapfen S. 75.
VI InhaItsverzeichnis.
Selte
2. Einzelzapfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78
a) Zweiseitig befestigte Zapfen: Gabelzapfen S. 78. - b; Einseitig
befestigte Zapfen S. 79.
B. Achsen und Wellen 80
Allgemeines. . . . 80
I. Achsen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Berechnung von Achsen mit verschiedenem Querschnitt . 80
2. Wellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Berechnung einfacher Wellen S. 83. - Berechnung von Hauptwellen
S. 84. - Formanderung von Wellen S. 85. - Verdrehungs
schwingungen und kritische Drehzahl S. 86. - Durchbiegung von
Wellen und Biegungsschwingungen S. 86. - Herstellung von
Wellen S. 89. - Berechnungsbeispiele von Wellen S. 90. - Holzerne
Wellen S.99. - Biegsame Wellen S.99. - Die StelIringe S.IOO.
C. Knpplungen . . . . . . 101
Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . 101
I. Feste Kupplungen . . . . . . . . 102
Muffen-, Scheiben-, Schalenkupplungen . 102
2. Bewegliche Kupplungen 104
Langsbewegliche Kupplungen 104
Elastische Kupplungen . . . 105
Gelenkkupplungen • . . . . 108
3. Ausriickkupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IlO
Klauenkupplungen S. IlO. - Klinken.- und Drehkeilkupplungen
S. Ill. - Reibungskupplungen S. Il2. - Kraftverhaltnisse beim
Schalten s. Il3. - Verschiedene Arten ein- und ausriickbarer
Kupplungen S. Il4. - Fliissigkeitskupplungen S. 121. - Elektro
magnetische Kupplungen S. 122. - Motorenkupplungen S. 123. -
Ausriicker fiir Kupplungen S. 126.
D. Lager ............ . 127
I. Allgemeine Grundlagen 127
Werkstattaus£iihrung . . . . . 127
Betriebsverhaltnisse ..... 128
Schmierung der Lager . . . . . 128
Behandlung heiBgelaufener Lager 134
Kiihlung von Lagern . . . . . . . . 134
2. Konstruktiver Au£bau der Lager 135
3. Gleitlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
a) Traglager S. 135. - Einteilige Lager S. 135. - Zweiteilige Lager
S. 136. - WarmeentwickIung im Lager S. 143. - tThliche Trag
lager-Konstruktionen S. 144. - Lager mit Starr- oder OlgefaB
Schmierung S. 144. - Ringschmierlager S. 144. - Kalypsol-Lager
S. 148. - Kurbellager S. 149.
b) Spurlager S. 151. - Bundlager S. 151. - Kammlager S. 152.
- Vertikalspurlager S. 152. - Ringspurlager S. 152.
Walzlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Allgemeines S. 154. - a) Kugellager S. 155. - Querlager
S. 155. - Langslager S. 158. - b) Rollenlager S. 159. -
c) Berechnung von Walzlagern S. 162.
Schneidenlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
III. Maschinenelemente znr Fortp£lanznng von Drehbewegungen.
A. Zahnradergetriebe . 164
1. Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . .. 164
Inhaltsverzeichnis. VII
Sette
2. Theoretische Ausbildung der Zahnflanken 168
Allgemeines Verzahnungsgesetz 170
Zykloidenverzahnung . . . . . . . . . . . . . 172
Evolventenverzahnung . . . . . . . . . . . . 178
Veranderung des Achsabstandes . . . . . . . . 182
3. Praktische Gestaltung der Zahnflanken 183
Korrigierte Verzahnungen. . • . . . . . . . . 185
4. Herstellung der Zahnrader ................ 189
Gegossene Zahnrader S. 189. - Formfrasverlahren S. 190. - Ab
walzverfahren S. 190.
5. Abniitzungsverhaltnisse bei Evolventenverzahnung 196
6. Berechnung der Zahnrader •..... 201
"I. Fiir Rader mit intermittierendem Betrieb 203
2. Fiir Rader mit Dauerbetrieb . . . 205
Gewicht der Zahnrader • . . . . . . 210
7. Konstruktion der Stirnrader . .210
Berechnungsbeispiele von Zahnradern • 216
8. Kegelrader "........ . 219
9. Rader mit schragen Zahnen 223
FUr parallele Achsen . . . . . . 223
Fiir sich schneidende Achsen . . 226
Fiir windschiefe Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . 226
a) SChraubenrader S. 226. - (J) Hyperbolische Rader S. 227.
10. Schneckengetriebe . 229
Bewegungsverhaltnisse . . . . . . . 229
Verzahnungsverhaltnisse ..... . 231
Kraftverhaltnisse ........ . 232
Herstellung und Betrieb ..... . 236
Berechnung von Schneckengetrieben . 238
B. Kettengetriebe . . . . . . . . . . . . . 244
Gall'sche Kette S. 244. - Gewohnliche Treibketten S. 244. -
Rollketten S. 245. - Zahnketten S. 246. - Stotz'sche Gelenk
ketten S. 248. - Ketten-Reguliergetriebe S. 248.
C. Riemen- und Sellbetrieb . . . . . . 248
Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
1. Theoretische Grundlagen. . . . . . . . . . . 249
EinfIu.B der Reibung • . . • . . . • . . . • . • . . 255
EinfIuB der geometrischen Form der laufenden Bander 256
EinfIuB der Zentrifugalkraft . . . . . 257
2. Der Riementrieb . . . . . . . . . 260
Material. . . . . . . . . . . . . . 260
Berechnung des Riemens • . • . . . 262
Aullere Anordnung der Riementriebe • 266
Konstruktion der Riemenscheiben 271
3. Der Seiltrieb . . . . . . . . 276
Der Hanfseiltrieb. . . . . . . . 276
Der Baumwollseiltrieb. . . . . . 278
Der Drahtselltrieb . • . . . . . • . . . . . 283
Konstruktion der Hanf- und Drahtseilscheiben 287
D. Reibungsriider • . . . . . . . . . . . . . • • 289
Zylindrische Rader S. 289. - Keilrader S. 290. - Kegelformige
Reibrader S. 292. - Hyperbelrader S. 292. - Krupp'sches Reib
radgetriebe S. 292. - Wechsel- und Wendegetriebe S. 293. -
Sonder-Getriebe S. 293.
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
IV. Maschinenelemente zur Umwandlung von Bewegungen.
1. Umwandlung von rotierenden Bewegungen in fort
schreitende und umgekehrt. . . . . . . . . . . . . • . . . 294
2. Umwandlung von Schwingungsbewegungen in geradlinige
Bewegung und umgekehrt . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
3. Umwandlung geradlinig hin- und hergehender Bewegung in
Dreh- oder Schwingungsbewegungen und umgekehrt ... 296
N or males Kur belgetrie be. . . . . . . . 297
Kurbelschleifen. . . . . . . . . . . . . . 298
Dynamische Verh1Lltnisse des Kurbelgetriebes 298
Tangentialdruckdiagramm. . . . . . . 306
Gleichformigkeit der Rotationsbewegung 308
Schwungradwirkung . . . . 309
Die Teile des Kurbelmecbanismus 311
1. Das Schwungrad . . . . 311
2. Kurbeln . . . . . . . ... . .. 314
Stirnkurbel S. 314. - Gekropfte Wellen S. 318. - Berechnung
einer Kurbelwelle S. 320.
3. Exzenter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
Exzenterstangen S. 327.
4. Schubstangen .' . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
Schubstangenkopfe S. 328. - Schubstangenschaft S. 335.
5. Kreuzkopfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 338
Aufbau der Kreuzkopfe S. 338. - Formen von Kreuzkopfen
S. 339. - Kreuzkopfbolzen S. 341. - Befestigung der Kolben
stangen S. 342.
6. Geradfiihrungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
Bajonettrahmen S. 342. - Gabelrahmen S. 344. - Kurbelschleifen
S. 344. - Klein'sches Maschinenelement S. 346. - Gelenkgerad
fiihrungen S. 346.
7. Kolbenstangen 347
8. Kolben. . . . . . . . . . . . . . 348
Tauchkolben. . . . . . . . . . . . 349
Scheibenkolben ... . ......... 351
Liderungen S. 351. - Kolbenringe S. 352. - Kolben fiir Dampf
maschinen S. 353. - Kolben fiir Verbrennungskraftmaschinen
S. 355. - Kolben fiir Fahrzeugmotore S. 356. - Berechnung der
Kolben S. 357.
V. Maschinenelemente zur Aufnabme und zur Fortleitung von Fliissigkeiten,
Dimplen und Gasen.
A. Zyliuder . . . .. .... . . . . . . 358
1. Zylinder fiir Pump en und Pressen 358
2. Dampfzylinder .......•... 360
Schieberkasten und Schieberkastendeckel . . 364
3. Zylinder fiir Gas- und Olmaschinen. 366
4. Zylinder fiir Fahrzeugmotoren. . . . 366
5. Stopfbuchsen . . . . . . . . . . . . . . .... 366
Weichpackungen S. 368. - Metallpackungen S. 368. - Stopf-
buchsen fiir rotierende Wellen S. 372.
B. Robre und Robrverbindungen . . . . . . . . . . 373
1. GuBeisenrohre. . . . . . . . . . . . . . . 374
Flanschenrohre S. 375. - Muffenrohre S. 377.
2. StahlguBrohre. . . . . . . . . . . . . . . 378
3. Stahlrohre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 379
Genietete Rohre S. 379. - GeschweiBte Rohre S. 380. - Gelotete
Rohre S. 383. - Nahtlose Rohre S. 383.
Inhaltsverzeiohnis. IX
Selte
4. Rohre von Kupfer und Me-ssing • . • . . • . • . . . . . . 384
5. Rohre von Blei und Zinn . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
6. Andere biegsame Rohre . . . . • . . . . . . . • . . . • . 385
Wellrohre S. 385. - Metallsohlauohe S. 385. - Seilrohre S. 385.
7. Ausgleiohs- oder Dehnungsrohre. • . . . . • . . . • . • . 386
RohrbOgen S. 386. ~ ROhrstopfbuohsen S. 387. - Kennzeiohnung
von Rohrleitungen S. 387.
8. Rohre, welohe durch auBeren Uberdruok beanspruoht
werden (Dampfkesselflammrohre) . 388
C. Absperrvorrichtungen 389
Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . 389
1. Ventile .............. 389
Absperrventile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
Aufbau der Absperrventile S. 390. - Sonder-Absperrventile S. 395.
Bereohnung der AbsperJ!Ventile S. 397.
Selbsttiitige Ventile • • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
Sioherheitsventile S. 399. - Riioksohlagventile S. 401. - Rohr
bruchventile S. 401.
Gesteuerte Ventile. . ..... 401
Klappenventile . . . .. ... 402
2. Schieber •..... . ..•. 404
N ormalsohieber . . . '.' . . . . . . . . . . . . . . ..... 405
Wassersohieber S. 405. - HeiBdampfsohieber S. 405. - Kugel-
schieber S. 406.
Aohsialsohieber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
Drehsohieber S. 407. - Hahne S. 407.
Anhang.
Berechnung der Federn • 409
Biegungsfedern . 409
Drehungsfedern. 412
Tafel 1-34 ... 414
Quellenverzeichnis 448
Sachverzeichnis . • 449
Berichtigungen und Emrganzun gen.
Seite 2, Zeile 19 von oben lies "und" statt "uns".
Beit. 46, riehMg" S.it.m" ,u Abb. 37,
Seite 137, richtiger GrundriB zu
Abb. 160:
Seite 145, richtige Abb. 167.
Seite 315, richtige Abb. 331.
Zu Abb. 145, S. 119.
Horizontalschnitt durch die Einstellschrauben
mit Lagerung der Winkelhebel.