Bolzen- und Stiftverbindungen.Bolzen- und Stiftverbindungen.Die Berechnung ist für den geometrischen Entwurf und die Festigkeitskontrolle der Bolzen- und Stiftverbindungen bestimmt. Das Programm löst folgende Aufgaben:
In der Berechnung sind Daten, Verfahren, Algorithmen und Angaben aus der Fachliteratur und Normen ANSI, ISO, DIN benutzt.
Normenliste: ANSI B18.8.1, ANSI B18.8.2, ISO 2338, ISO 2339, ISO 2340, ISO 2341, ISO 8733, ISO 8734, ISO 8735, ISO 8739, ISO 8740, ISO 8741, ISO 8742, ISO 8743, ISO 8744, ISO 8745, ISO 8746, DIN 1, DIN 7, DIN 1443, DIN 1444, DIN 1470, DIN 1471, DIN 1472, DIN 1473, DIN 1474, DIN 1475, DIN 1476, JIS B 1352, JIS B 1354, JIS B 1355, BS EN 22339, BS EN 22340, BS EN 22341, CSN EN 22339, CSN EN 22340, CSN EN 22341
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Preisliste, Einkauf.
Die Informationen über die Syntax und die Bedienung der Berechnung finden Sie im Dokument "Steuerung, Struktur und Syntax der Berechnungen".
Die Informationen über den Zweck, die Anwendung und die Bedienung des Absatzes "Projektinformation " finden Sie im Dokument "Projektinformationen".
Die Verbindungsstifte dienen zur festen zerlegbaren Verbindung von zwei Maschinenteilen, zur Sicherung ihrer genauen Lage und Aufnahme der sich verschiebenden Querkräfte. Es werden üblich genormte, in einer breiten Skala der Maße und Ausführungen hergestellte Stifte verwendet. Eine Vorspannung in der Verbindung von zwei Maschinenteilen wird durch ein Übermaß des Stiftes gegenüber dem Loch erreicht oder durch eine Kegelform des eingeschlagenen Stiftes. Die Kegelstifte sind selbstsperrend mit dem Kegelverhältnis 1 : 50. Zylinderstifte werden als Vollstifte oder Kerbstifte hergestellt.
Bolzen werden zur zerlegbaren Laufverbindung der Maschinenteile verwendet. Die Verbindungen übertragen in der Regel nur senkrecht zur Bolzenachse einwirkende Querkräfte. Die Bolzen sind üblich mit Spiel gelagert und bilden somit die Laufverbindungen (Verbindung der Zugstange mit Gabel). Die Bolzen können auch für kurze Achsen der Rollen und Laufräder u ä. verwendet werden. Am häufigsten werden Lagerungen H11/h11, H10/h8, H8/f8, H8/h8, D11/h11, D9/h8 gewählt. Die Verbindungsbolzen sind gegen Achsverschiebung zu sichern. Die Sicherung wird durch Splinte, elastische Sicherungsringe, Muttern, Einstellringe usw. durchgeführt. Genormte Bolzen werden in der Ausführung mit oder ohne Kopf mit Splintlöcher hergestellt.
Die Stiftverbindungen werden unter vereinfachten Voraussetzungen ohne Rücksicht auf die Einwirkung der Einpressung mit entsprechender herabgesetzter zulässiger Spannung ausgelegt. Bei den zu verbindenden Bestandteilen ist die Druckstelle der Berührungsflächen in der Lochleibung zu kontrollieren. Stifte und Bolzen werden in Abhängigkeit von dem Verbindungstyp auf Scherung oder Biegung kontrolliert. Bei den Verbindungen der Welle mit der Nabe, die mit einem Drehmoment beansprucht sind, wird üblich eine Ergänzungskontrolle der Torsionsbelastung der Welle durchgeführt.
Biegungsbelastung durch Querkraft. Die Verbindung ist auf Druckstellen der Berührungsflächen und Stiftbiegung zu kontrollieren.
Biegungsspannung des Stiftes:
Leibungsdruck:
wo:
Mb ... Biegungsmoment [Nmm, lb in]
Wb ... Biegewiderstandsmoment [mm3, in3]
Pb ... Druckstelle von der Biegung [MPa, psi]
Pp ... Druckstelle vom Druck [MPa, psi]
F .... Einwirkende Kraft [N, lb]
s .... Dicke der Platte [mm, in]
h .... Kraftarm [mm, in]
d .... Stiftdurchmesser [mm, in]
KSb, KSp ... Betriebskoeffizient (ausführlicher siehe
[2.7, 2.8])
Scherbelastung durch Querkraft. Die Verbindung ist auf Druckstellen der Berührungsflächen und den Stiftschub zu kontrollieren.
Scherspannung des Stiftes:
Druck in der Unterplatte:
Druck in der Oberplatte:
wo:
F .... Einwirkende Kraft [N, lb]
s1 ... Dicke der unteren Platte [mm, in]
s2 ... Dicke der oberen Platte [mm, in]
d .... Stiftdurchmesser [mm, in]
i ..... Zahl der Stifte in Verbindung
KL ... Koeffizient der Belastungsverteilung (ausführlicher siehe [2.6])
KSb, KSp ... Betriebskoeffizient (ausführlicher siehe
[2.7, 2.8])
Scherbelastung durch Querkraft. Die Verbindung ist auf Druckstellen der Berührungsflächen und den Stiftschub zu kontrollieren.
Empfohlene Maße der Verbindung:
d » (0.2 .. 0.3) D
D1 » (1.5 .. 2) D
- für Stahlnabe
D1 » (2.5) D
- für Graugussnabe
Scherspannung des Stiftes:
Druck in der Zugstange:
Druck in der Hülse:
wo:
F .... Einwirkende Kraft [N, lb]
D .... Zugstangendurchmesser [mm, in]
D1 ... Hülsendurchmesser [mm, in]
d .... Stiftdurchmesser [mm, in]
i ..... Zahl der Stifte in Verbindung
KL ... Koeffizient der Belastungsverteilung (ausführlicher siehe [2.6])
KSb, KSp ... Betriebskoeffizient (ausführlicher siehe
[2.7, 2.8])
Belastung durch Drehmoment. Es ist die Verbindung der Druckstelle der Berührungsflächen, des Stiftschubes und der Verdrehung der Welle zu kontrollieren.
Empfohlene Maße der Verbindung:
d » (0.2 .. 0.3) D
D1 » (1.5 .. 2) D
- für Stahlnabe
D1 » (2.5) D
- für Graugussnabe
Scherspannung des Stiftes:
Druck in der Welle:
Druck in der Nabe:
Torsionsspannung der Welle:
wo:
T .... Drehmoment [Nmm, lb in]
D .... Wellendurchmesser [mm, in]
D1 ... Nabendurchmesser [mm, in]
d .... Stiftdurchmesser [mm, in]
KSb, KSp ... Betriebskoeffizient (ausführlicher siehe
[2.7, 2.8])
Belastung durch Drehmoment. Es ist die Verbindung der Druckstelle der Berührungsflächen, des Stiftschubes und der Verdrehung der Welle zu kontrollieren.
Empfohlene Maße der Verbindung:
d » (0.125 .. 0.2) D
Lf » (1 .. 1.5) D
D1 » (1.5 .. 2) D
- für Stahlnabe
D1 » (2.5) D
- für Graugussnabe
Scherspannung des Stiftes:
Druck in der Welle und Nabe:
Torsionsspannung der Welle:
wo:
T .... Drehmoment [Nmm, lb in]
D .... Wellendurchmesser [mm, in]
D1 ... Nabendurchmesser [mm, in]
d .... Stiftdurchmesser [mm, in]
Lf ... Funktionelle Stiftlänge [mm, in]
i ..... Zahl der Stifte in Verbindung
KL ... Koeffizient der Belastungsverteilung (ausführlicher siehe [2.6])
KSb, KSp ... Betriebskoeffizient (ausführlicher siehe
[2.7, 2.8])
Biegungsbelastung durch Querkraft. Es ist die Verbindung der Druckstelle der Berührungsflächen, der Bolzenbiegung und des Bolzenschubes zu kontrollieren.
Empfohlene Maße der Verbindung:
a » (1.5 .. 1.7) d
b » (0.3 .. 0.5) a
l » (2 .. 2.5) d
D » (2.5) d
- für Stahl
D » (3.5) d
- für Grauguss
Biegespannung im Bolzen:
Scherspannung des Stiftes:
Scherspannung im Bolzen:
Druck in der Gabel:
wo:
Mb ... Biegungsmoment [Nmm, lb in]
Wb ... Biegewiderstandsmoment [mm3, in3]
F .... Einwirkende Kraft [N, lb]
a .... Breite der Zugstange [mm, in]
b .... Breite der Gabel [mm, in]
d .... Stiftdurchmesser [mm, in]
KSb, KSp ... Betriebskoeffizient (ausführlicher siehe
[2.7, 2.8])
Typische Berechnung / der Verbindungsentwurf besteht aus folgenden Schritten:
In diesem Absatz ist es notwendig, die grundlegenden Eingangsparameter, die charakterisierende Weise, Betriebsart und Belastungsgröße, Verbindungsausführung und Material der Verbindungsstücke einzugeben.
In der Auswahlliste das verlangte System von Berechnungsmaßeinheiten auswählen. Beim Umschalten der Einheiten werden alle Werte sofort umgerechnet.
Den verlangten Verbindungstyp durch Einschalten der Umschalttaste der zutreffenden Abbildung wählen.
Leistung eingeben, die durch die Welle zu übertragen ist.
Wellendrehzahl eingeben.
Aus der übertragenen Leistung und Drehzahl ist ein Drehmoment gewonnen, der für den Entwurf der Verbindung maßgebend ist.
Die Verbindung maximal belastende Querkraft eingeben.
Es ist eine solche Belastungsart auszuwählen, die Ihrer Eingabe am besten entspricht.
In der Auswahlliste den benötigten Stifttyp wählen. Die Kerbstifte verlangen keine genaue Bohrungspassung und sind lockerungsbeständiger. Sie sind aber im Gegenteil nicht für oft zu zerlegende Verbindungen und für die Verbindung von Alu-Bestandteilen geeignet.
Aus der Auswahlliste die benötigte Art der Bolzenpassung wählen. Bei dem Laufsitz sind bei dem verwendeten Material markant niedrigere Werte des zugelassenen Drucks (siehe [1.13, 1.18, 2.9]).
Mit Rücksicht auf die Genauigkeit der Eingangsinformationen, die Wichtigkeit der Verbindung, Herstellungsqualität, Betriebsbedingungen und Berechnungsgenauigkeit wählt man gewöhnlich im Bereich 1,5 bis 3.
Aus der Auswahlliste den Materialtyp auswählen, aus dem die Verbindungsstücke hergestellt werden. In den Klammern ist die Mindestzugfestigkeit [MPa/ksi] der gegebenen Materialgruppe aufgeführt. Wenn das Feld rechts von der Auswahlliste angekreuzt ist, werden für das gewählte Material die erforderlichen Festigkeitsparameter automatisch festgelegt. Im Gegenfall geben Sie die Materialbeschaffenheit manuell ein. Die Werte des zugelassenen Drucks [1.16, 1.21] werden zur Kontrolle der Berührungsflächen auf Druckstellen bei Verbindungen mit festem Sitz verwendet. Bei den Verbindungen mit dem Laufsitz ist der zugelassene Druck [1.17, 1.22] wesentlich niedriger (bis zu 80%). Die zulässige Torsionsspannung [1.23] dient bei denen mit einem Drehmoment beanspruchten Verbindungen der Torsionsfestigkeitskontrolle der Welle.
Dieser Absatz dient zur Wahl eines geeigneten Stiftes bzw. Bolzens und dem eigentlichen Entwurf der Verbindungsmaße.
Aus der Auswahlliste die Ausführung (Norm) des Stiftes auswählen. Für genormte Stifte und Bolzen sind genaue Durchmesser- und Längenmaße durch die Norm vorgeschrieben. Die Stiftmaße gemäß ANSI sind mit der Norm in [in] definiert, bei anderen Typen sind die Maße in [mm] definiert.
Zur Übertragung von größeren Belastungen ist es möglich, mehrere Stifte in der Verbindung zu verwenden. Deren Anordnung wird von der Gesamtausführung der Verbindung abhängig sein, eventuell vom Belastungscharakter. Bei Stiften auf einer Welle wird üblich eine symmetrische (um 180° versetzte) Anordnung gewählt.
Durch Einfluss der Herstellungs- und Montagenungenauigkeiten muss bei Verbindungen mit mehreren Stiften nicht immer eine gleichmäßige Verteilung der Belastung auf allen Stiften erreicht werden. Die Ist-Tragfläche ist dann niedriger als die theoretisch festgelegte. Das Verhältnis zwischen der theoretischen und der tatsächlichen Tragfläche der Verbindung wird durch den Koeffizienten der Belastungsverteilung definiert. Mit Rücksicht auf die Verbindungsausführung, Genauigkeit der Passung und Zahl der Stifte wird die Koeffizientengröße im Bereich 0.5 bis zu 1 angegeben.
Dieser drückt den Gesamteinfluss der Herstellungs- und Betriebsparameter auf die Verminderung der Verbindungstragfähigkeit vom Gesichtspunkt der zulässigen Druckstelle der Berührungsflächen aus. Seine Größe hängt von dem Stifttyp und Charakter der Verbindungsbelastung ab. Mit Hinsicht auf die erwähnten Parameter werden in der Literatur die Koeffizientenwerte in einem Bereich 1 bis 3 aufgeführt.
Dieser drückt den Gesamteinfluss der Herstellungs- und Betriebsparameter auf die Verminderung der Verbindungstragfähigkeit eines auf Scherung bzw. Biegung beanspruchten Stiftes aus. Seine Größe hängt von dem Stifttyp und Charakter der Verbindungsbelastung ab. Mit Hinsicht auf die erwähnten Parameter werden in der Literatur die Koeffizientenwerte in einem Bereich 1 bis 3 aufgeführt.
Aus der Auswahlliste den Werkstoffstyp auswählen, aus dem der verwendete Stift herzustellen ist. In den Klammern ist die Mindestzugfestigkeit [MPa/ksi] der gegebenen Materialgruppe aufgeführt. Wenn das Feld rechts von der Auswahlliste angekreuzt ist, werden für das gewählte Material die erforderlichen Festigkeitsparameter automatisch festgelegt. Im Gegenfall geben Sie die Materialbeschaffenheit manuell ein. Der Wert des zulässigen Druckes [2.12] ist zur Kontrolle der Stifte auf Druckstellen bei Verbindungen mit Festsitz zu verwenden. Bei den Verbindungen mit dem Laufsitz ist der zugelassene Druck [2.13] wesentlich niedriger (bis zu 80%).
Dieser Absatz dient dem eigentlichen Entwurf der Verbindungsmaße. Beim Verbindungsentwurf sind zuerst die Maße der zu verbindenden Teile [2.17, 2.18] einzugeben und in der Liste [2.21] ist der geeignete Stiftdurchmesser auszuwählen. Für die so definierte Verbindung ist die minimal benötigte funktionelle Stiftlänge in Zeile [2.24] nachgerechnet. Der Entwurf ist durch die Wahl der tatsächlichen Stiftlänge in Zeile [2.23] abzuschließen. Die Stiftlänge ist aus dem durch die Norm festgelegten Bereich [2.22] so auszuwählen, dass die funktionelle Länge [2.25] größer ist als die Minimallänge [2.24].
Zur Entwurfserleichterung ist das Programm mit der Funktion des automatischen Aussuchens eines geeigneten Stiftes [2.20] ausgerüstet. Nach Betätigung der Schaltfläche "suchen" sucht das Programm einen entsprechenden Stift mit Minimalmaßen aus. Die Schaltflächen "<", ">" dienen zur schnelleren Umschaltung (Auswahl) der Stifte, im Rahmen der durch die Norm vorgeschriebenen Maßreihe der Durchmesser. Bei der Auswahl des Stiftdurchmessers ist im Programm auch automatisch seine Optimallänge eingestellt.
Den Stiftdurchmesser aus der, durch die Norm vorgeschriebenen Maßreihe der Durchmesser auswählen. Mit der Wahl eines geeigneten Durchmessers können Ihnen empfohlene, auf Grund des Maßes [2.17] festgelegte Erfahrungswerte, [2.19] helfen.
Durch die Norm vorgeschriebene, zugelassene Minimal- und Maximallänge des ausgewählten Stiftes.
Die Stiftlänge ist aus dem durch die Norm festgelegten Bereich [2.22] so auszuwählen, dass die funktionelle Länge [2.25] größer ist als die Minimallänge [2.24].
Bei Verbindungen mit dem Längsstift gibt dieser Parameter die funktionelle, für die sichere Übertragung des eingegebenen Drehmomentes benötigte Minimallänge des ausgewählten Stiftes an. Bei anderen Typen der Stift- und Bolzenverbindungen ist die Minimallänge durch Verbindungskonstruktion und Maßen der Verbindungsstücke [2.17, 2.18] gegeben.
Die funktionelle Stiftlänge ist die um das Abkanten bzw. Abrunden der Stiftenden verminderte Gesamtlänge. Bei Bolzen ist die funktionelle Länge als Abstand zwischen dem Bolzenkopf und der Splintbohrung gegeben.
Die Stiftverbindungen werden unter vereinfachten Voraussetzungen ohne Rücksicht auf die Einwirkung der Einpressung mit entsprechender herabgesetzter zulässiger Spannung ausgelegt. Bei den zu verbindenden Bestandteilen ist die Druckstelle der Berührungsflächen in der Lochleibung zu kontrollieren. Stifte und Bolzen werden in Abhängigkeit von dem Verbindungstyp auf Scherung oder Biegung kontrolliert. Bei den Verbindungen der Welle mit der Nabe, die mit einem Drehmoment beansprucht sind, wird üblich eine Ergänzungskontrolle der Torsionsbelastung der Welle durchgeführt.
Die resultierende Sicherheit der Verbindung [3.4] ist als Verhältnis der zulässigen Scherspannung des Stiftmaterials zu der berechneten Vergleichsspannung gegeben. Soll die Verbindung genügen, muss die berechnete Sicherheit größer als die geforderte Sicherheit sein [1.12].
Die resultierende Sicherheit der Verbindung [3.8] ist als Verhältnis der zulässigen Biegespannung des Stiftmaterials zu der berechneten Vergleichsspannung gegeben. Soll die Verbindung genügen, muss die berechnete Sicherheit größer als die geforderte Sicherheit sein [1.12].
Die Kontrolle auf Druckstellen ist für jedes Verbindungsstück einzeln angeführt. Die resultierende Sicherheit [3.12, 3.16] ist als Verhältnis des zugelassenen Druckes des Materials von niedrigerer Qualitätsstufe (aus dem Stiftpaar – Verbindungsstück) zu dem berechneten auf den gegebenen Maschinenteil einwirkenden Vergleichsdruck gegeben. Soll die Verbindung genügen, muss die berechnete Sicherheit größer als die geforderte Sicherheit sein [1.12].
Die resultierende Sicherheit der Verbindung [3.20] ist als Verhältnis der zulässigen Torsionsspannung des Wellenmaterials zu der berechneten Vergleichsspannung gegeben. Soll die Verbindung genügen, muss die berechnete Sicherheit größer als die geforderte Sicherheit sein [1.12].
Die Informationen über die Möglichkeiten der 2D- und 3D-graphischen Ausgabe und die Informationen über das Zusammenwirken mit den 2D- und 3D CAD-Systemen finden Sie im Dokument "Grafische Ausgabe, CAD - Systeme".
Die Informationen über die Einstellung der Berechnungsparameter und der Spracheneinstellung finden Sie im Dokument "Einstellung der Berechnungen, Sprachenänderung".
Die allgemeinen Informationen darüber, wie man die Berechnungshefte ändern und erweitern kann, sind im Dokument "Benutzerspezifische Anpassungen der Berechnung" aufgeführt.
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