Welle-Nabe-Verbindungen - Xobor

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, .. 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.

2 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. 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.

3 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. 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.

4 Er basiert auf Erfahrungswerten und wird bei nicht bekanntem tats chlichem Drehmomentverlauf verwendet. Maschinenelemente, 9. 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.

5 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.

6 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. 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.

7 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. 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.

8 Welle-Nabe-Verbindungen 19 Formschl ssige Verbindungen L ngskeilverbindungen genormte Ausf hrungen Quelle: Decker, Maschinenelemente Maschinenelemente, 9. 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!

9 Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 23 23 Kraftschl ssige Verbindungen Wirkungsweise: mittelbarer Reibschluss Qelle: Kollmann; Welle-Nabe-Verbindungen Zwischen Welle und Nabe sind zus tzliche Bauteile angeordnet! Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 24 Kraftschl ssige Verbindungen Klemmverbindungen Unmittelbare Verbindung Geteilte und geschlitzte Klemmverbindung Kraftschluss wird mittels vorgespannter Schrauben erzeugt Auslegung nach der Fl chenpressung bertragbares Drehmoment SR Sicherheit gegen Rutschen l tragende L nge DF F gedurchmesser Pzul (0,3 .. 0,7) Re bei Stahl (0,3 .. 0,5) Rm bei GG Punktf rmige Ber hrung vermeiden Geteilte Nabe Geschlitzte Nabe Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 25 Pressverbindungen zylindrische Pressverbindung Grundlagen (1) Pressverbindungen = unmittelbarer Reibschluss F gen von Passteilen mit berma berma erzeugt Fl chenpressung bertragung von Beanspruchung in axialer (Axialkraft) und tangentialer (Drehmoment) Richtung m glich Keine zus tzliche Sicherung gegen Verdrehen und Verschieben erforderlich Maschinenelemente, 9.

10 Welle-Nabe-Verbindungen 26 26 Pressverbindungen zylindrische Pressverbindung Grundlagen (2) Aktuelle Berechnungsvorschrift: DIN 7190 Norm gilt f r gleiche L ngen lF von Innen- und Au enteil Anwendung f r reale Pressverb nde nach Bild 2 f hrt zu vernachl ssigbaren Abweichungen beim bertragbaren Drehmoment, allerdings werden Spannungserh hungen an den R ndern nicht erfasst Beschreibung als ebener Spannungszustand (dickwandige Kreisscheibe) Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 27 Pressverbindungen zylindrische Pressverbindung Grundlagen (3) bertragbares Drehmoment bertragbare Axialkraft mit: p .. Fugendruck im Stillstand u/l .. Reibwert Umfang/l ngs DF .. F gedurchmesser (Nennma ) Sr .. Sollsicherheit gegen Rutschen Ist berma an DF Gr tma Kleinstma Wirksames berma (Gl ttung) RzA/zI .. Gemittelte Rautiefe ruFFtSp lDM 22 rlFFaxSp lDF Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen 28 Pressverbindungen zylindrische Pressverbindung berma berma : Abstand zwischen der Passfl che des Innenteils (Welle) und der des Au enteils (Bohrung), wenn das Ist-Ma des Innenteils das gr ere ist.