Welle-Nabe-Verbindungen

1 1 Welle-Nabe-VerbindungenAllgemeines Verbindungsarten Auswahl und Dimensionierung Gestaltungshinweise Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 2 2 Lernziele Grundlegende Zusammenh nge zur Verbindung von Wellen und Naben zwecks Drehmoment bertragung erfahren Verschiedene Verbindungsarten kennenlernen Lernen, die richtige Welle-Nabe-Verbindung auszuw hlen und zu dimensionieren Gestaltungshinweise mitnehmen Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 3 9. Welle-Nabe-Verbindungen Inhalt ssige Verbindungen ssige Verbindungen ssige Verbindungen Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 4 9. Welle-Nabe-Verbindungen Allgemeines Naben sind Bestandteil der Bauteilen zur Drehmoment bertragung wie R der, Scheiben, Hebel, Kupplungen.

2 Die bertragung von Umfangskraft bzw. Drehmoment zwischen Wellen und Naben geschieht durch die Welle-Nabe-Verbindung (WNV). Grundzusammenhang: WNV sind drehstarre Verbindungen. WNV: stoffschl ssig Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 5 Formschl ssige Verbindungen Wirkungsweise Drehmoment bertragung durch Mitnehmer Mitnehmer: Bemessung nach der Fl chenpressung (+Scherung bei Stiften) Kerbwirkung auf Wellen beachten Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 6 Formschl ssige Verbindungen Stiftverbindungen Zum bertragen kleiner, sto freier und m glichst nicht wechselnder Drehmomente Als Quer- (a, b, d) und L ngsstiftverbindung (c, e) Ausf hrung von Stiftverbindungen Beanspruchung von Stiftverbindungen a) b) c) d) e) Maschinenelemente, 9.

3 Welle-Nabe-Verbindungen 7 Formschl ssige Verbindungen Stiftverbindungen - Querstift )(sdwsdMcBpnt Formeln: mittlere Fl chenpressung in der Nabenbohrung: maximale mittl. Fl chenpressung in der Wellenbohrung: Scherspannung im Stift: Vorhandene Sicherheit: Zul ssige Werte: mittlere Fl chenpressung zul ssige Scherspannung bei ruhender Belastung bei schwellender Belastung bei wechselnder Belastung )()(vorhPvorhzulPzulS d dw s T cB - Betriebsfaktor Quelle: Roloff/Mattek Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 26dwdMcBpwt dwdMcBat 248 Formschl ssige Verbindungen Stiftverbindungen - L ngsstift Formeln: Ma gebende mittlere Fl chenpressung: Scherspannung im Stift: Da im Normalfall (bei blichen Werkstoffpaarungen) rechnerisch die mittlere Fl chenpressung doppelt so gro ist wie die Abscherspannung, wird die Scherbeanspruchung nicht ber cksichtigt.

4 Vorhandene Sicherheit: Zul ssige Werte: mittlere Fl chenpressung bei ruhender Belastung bei schwellender Belastung bei wechselnder Belastung PvorhPzulS d dw T cB - Betriebsfaktor Quelle: Roloff/Mattek D ldwdMcBpvorht 4 Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 9 Formschl ssige Verbindungen Stiftverbindungen - Betriebsfaktoren Art der St e Art der Maschine Faktor cB leicht Elektrische Maschinen mittel Sto maschinen stark Scheren, Pressen sehr stark Walzmaschinen Quelle: Roloff/Matek, 12. Auflage, Tabellenanhang, Tab. TB 3-6 a.) Der Betriebsfaktor ber cksichtigt die spezifische Belastung (St e, Anl ufe) der jeweiligen Maschinenart. Er basiert auf Erfahrungswerten und wird bei nicht bekanntem tats chlichem Drehmomentverlauf verwendet. Maschinenelemente, 9.

5 Welle-Nabe-Verbindungen 10 Formschl ssige Verbindungen Passfederverbindungen - Allgemeines Passfeder: Passst ck zwischen den Nutw nden in Nabe und Welle F r vorwiegend gleiche Drehmomentrichtung Typische WNV f r Kupplungen, Zahnr der und Riemenscheiben Abmessungen genormt (DIN 6885) Die Form der Passfederstirnseite ist von der Herstellung der Wellennut abh ngig: Geradstirnig Herstellung Nut mit Scheibenfr ser Rundstirnig Herstellung Nut mit Fingerfr serfr ser Scheibenfr ser Fingerfr ser Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 11 Formschl ssige Verbindungen Passfederverbindungen - Ausf hrung F r axiales Verschieben lange Passfeder + entsprechende Passung w hlen -> Gleitfeder Kurze Nabe, kleines Drehmoment -> Scheibenfeder Passungen: Nutpassungen f r Passfederbreite b h9 Passungsauswahl Welle und Nabe Sitzart Festsitz Schiebesitz Gleitsitz Wellennut Nabennut Lage der Nabe Vorzugspassung im System Einheitsbohrung Einheitswelle Fest auf Wellenende Fest auf der Welle verschiebbar Maschinenelemente, 9.

6 Welle-Nabe-Verbindungen 12 Formschl ssige Verbindungen Passfederverbindungen Berechnung (1) Exakte Berechnung sehr schwierig Kritisch Wellenbeanspruchung (Kerbwirkung) sowie Fl chenpressung an Passfeder und Nuten Berechnung nach DIN 6892 ( passfedern , Berechnung und Gestaltung) DIN 6892 unterscheidet 3 Methoden: umfassende experimentelle oder rechnerische Analyse ( FEM) Auslegung unter genauer Ber cksichtigung der auftretenden Fl chenpressung (Grafik) + Festigkeitsnachweis f r Welle berschl gige Berechnung Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 13 Formschl ssige Verbindungen Passfederverbindungen Berechnung (2) berschl gige Berechnung mit: T Drehmoment d1 Wellendurchmesser h H he der Passfeder (DIN 6885, LM ) t1 Wellennuttiefe (DIN 6885, LM ) i Anzahl der Passfeder (1 oder 2) k Tragfaktor: k=1 bei einer Passfeder k=0,75 bei zwei passfedern lt tragende Passfederl nge bei rundstirniger Ausf hrung pzul zul ssige Flankenpressung, Erfahrungswerte nach Decker, Tabelle bllt Maschinenelemente, 9.

7 Welle-Nabe-Verbindungen 14 Formschl ssige Verbindungen Profilwellen zum bertragen sehr gro er und wechselnder Drehmomente weil gro e Anlagefl che und mittiger Sitz durch Vervielfachen der Mitnehmer Ausf hrungsformen: Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 15 Formschl ssige Verbindungen Profilwellen - Keilwellenverbindung Keilwellen tragen am Umfang eine gerade Zahl hochstehender Keile, welche wie passfedern wirken Zentrierung Ausf hrungsformen: Leichte Reihe nach DIN ISO 14 -> LM Mittlere Reihe nach DIN ISO 14 -> LM Schwere Reihe nach DIN 5464 -> LM f r Werkzeugmaschinen DIN 5471 (4 Keile) und DIN 5472 (6 Keile) Berechnung analog zur Passfederverbindung Tragfaktor k=0,75 bei Innenzentrierung, k=0,9 bei Flankenzentrierung zulttpkilhddMp )(421)(2112ddh Maschinenelemente, 9.

8 Welle-Nabe-Verbindungen 16 Formschl ssige Verbindungen Profilwellen - Zahnwellenverbindung Wie Keilwellen, jedoch anstelle der Keile Z hne Ausf hrung a) mit gerader Zahnflanke nach DIN 5481, Flankenzentrierung, nur f r feste Sitze geeignet, b) , Flankenwinkel 30 , DIN 5480 auch f r Schiebesitze Innen- und Au enzentrierung Berechnung analog zur Passfederverbindung Tragfaktor k=0,5 bei Kerbverzahnung, k=0,75 bei Evolventenverzahnung zulttpkzlhddMp )(432)(2123ddh Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 17 Formschl ssige Verbindungen Profilwellen - Polygonwellenverbindung Polygonprofile = Unrundprofile in dreieckiger (P3G) oder quadratischer Form (P4C) a) Profil P3G nach DIN 32711 f r Haft- und Presssitze b) Profil P4C nach DIN 32712 f r Gleit- und Presssitze dr rechner.

9 Durchmesser e1, er Exzentrizit t des Profiles zulttpdedlMp )05,036,2(2111zulrrrttpdedlMp )05,0(2 eddr 22 Pressungsverlauf Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 18 Formschl ssige Verbindungen L ngskeilverbindungen Traditionelle WNV L ngskeile sitzen unter Vorspannung in einer Wellen- und Nabennut -> Kraft- und formschl ssige Verbindung Wird Kraftschluss berschritten -> Formschluss wie bei Passfeder Berechnung wegen der unbestimmten Eintreibekr fte auf Pressung: mit: i .. Anzahl Keile, bei Tangentenkeilen i=1 t2 .. Nabennuttiefe, Bei Tangentenkeilen t2=t Sehr robust und unempfindlich Einseitiges Dehnen -> Unwucht -> nur f r geringe Drehzahlen Steigung genormt mit 1:100 zulttpiltdMp 22 Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 19 Formschl ssige Verbindungen L ngskeilverbindungen genormte Ausf hrungen Quelle: Decker, Maschinenelemente Maschinenelemente, 9.

10 Welle-Nabe-Verbindungen 20 Formschl ssige Verbindungen - zul ssige Pressungswerte Zul ssige Flankenpressungen von WNV (Erfahrungswerte, f r Nabenwerkstoff) Quelle: Decker; Maschinenelemente, Tabelle Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 21 Kraftschl ssige Verbindungen Wirkungsweise Drehmoment bertragung durch Reibkr fte in der/den Wirkfl chenpaar/-paaren Zum Aufbau der Reibkr fte Druckvorspannkr fte erforderlich Es wirkt das Coulombsche Gesetz: ist abh ngig von Werkstoffpaarung Oberfl chenqualit t (Rauhtiefe) Oberfl chenzustand (trocken, gefettet ..) Art der Verbindung bestimmt den Aufbau der Normalkraft (Vorspannung) Einteilung nach KOLLMANN in mittelbaren und unmittelbaren Reibschluss Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 22 22 Kraftschl ssige Verbindungen Wirkungsweise: unmittelbarer Reibschluss Qelle: Kollmann; Welle-Nabe-Verbindungen Reibkr fte greifen nur in einem Wirkfl chenpaar an!