• Document: Zapfen
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Lernmaterial Lernfeld 5 Konstruktionslehre 5.2.1.7 5.2.1.7 Achsen / Wellen / Zapfen Literatur Lesen Sie zu diesem Thema bitte: • das Kapitel I 10 (Maschinenelemente) im Handbuch Maschinenbau (Alfred Böge) • das Kapitel 11 (Achsen, Wellen Zapfen) im Fachbuch Maschinenelemente Roloff / Matek Die zugehörigen Tabellen und Diagramme finden Sie im Tabellenbuch Roloff Matek Übungsaufgaben entnehmen Sie bitte der Aufgabensammlung Maschinenelemente Roloff / Matek (Nr.11.1 bis Nr.11.28). Hausaufgaben Roloff / Matek Aufgabensammlung Nr. 11.4 – 11.5 – 11.6 – 11.7 – 11.10 – 11.13 – 11.15 Kontrollfragen: 11.1 bis 11.3 Allgemeines Achsen tragen umlaufende oder ruhende Maschinenteile. Auf stillstehenden Achsen drehen die auf ihnen gelagerten Maschinenteile. Anders verhält es sich bei umlaufenden Achsen. Sie drehen sich mit den auf ihnen festsitzenden Maschinenteilen. Achsen übertragen im Gegensatz zu Wellen keine Drehmomente. Wellen tragen wie Achsen Maschinenteile, drehen sich aber selber immer mit und übertragen stets ein Drehmoment. Zapfen werden zum Lagern und Tragen verwendet. Oft handelt es sich um abgesetzte Enden von Achsen oder Wellen, auf denen Maschinenelemente fliegend gelagert werden. Verwendung finden auch Einzelelemente wie Kurbel- oder Spurzapfen. 1 Stand 02.11.2013 © MSC LF5_5.2.1.7_Achsen_Wellen_ Zapfen.doc Lernmaterial Lernfeld 5 Konstruktionslehre 5.2.1.7 Achsen Als Achsen werden Maschinenelemente bezeichnet, auf denen sich umlaufende Räder und Rollen, schwingende Hebel oder ähnliche Bauteile abstützen. Sie werden überwiegend durch Querkräfte auf Biegung, seltener durch Normalkräfte auf Zug oder Druck beansprucht. Die durch die Querkräfte hervorgerufene Schubspannung kann in den meisten Fällen vernachlässigt werden. Achsen übertragen keine Drehmomente. Feststehende Achsen, auf denen sich die Bauteile wie das im Bild dargestellte Laufrad drehen, werden ruhend oder schwellen belastet. Umlaufende Achsen werden einer ungünstigeren, wechselnden Biegebeanspruchung ausgesetzt. Andererseits sind Ein- und Ausbau sowie die Wartung der Lager bedingt durch die meist bessere Zugänglichkeit mit geringerem Aufwand möglich. 2 Stand 02.11.2013 © MSC LF5_5.2.1.7_Achsen_Wellen_ Zapfen.doc Lernmaterial Lernfeld 5 Konstruktionslehre 5.2.1.7 Wellen Bei Wellen handelt es sich um sich drehende Maschinenelemente, die immer ein Drehmoment übertragen. Mindestens zwei Lager werden zum Abstützen der Welle benötigt. Abbauteile wie Kupplungen oder Getriebeelemente dienen zum Übertragen des Drehmoments. Wellen werden schwellend auf Torsion und in vielen Fällen durch Querkräfte wechseln auf Biegung beansprucht. In einigen Fällen, z.B. bei schräg verzahnten Zahnrädern treten auch Axialkräfte auf. Die aus ihnen resultierenden Normalspannungen sind meist gering, allerdings müssen sie bei der Auslegung der Lager berücksichtigt werden. 3 Stand 02.11.2013 © MSC LF5_5.2.1.7_Achsen_Wellen_ Zapfen.doc Lernmaterial Lernfeld 5 Konstruktionslehre 5.2.1.7 Werkstoffe für Achsen und Wellen Im Allgemeinen werden Wellen und Achsen aus Baustählen (S275JR, E295 oder E335) hergestellt. Bei höheren Ansprüchen werden auch niedrig legierte Vergütungsstähle verwendet (28Mo6, 34CR4 oder 25CrMo4, im Fahrzeugbau auch 16MnCr5). Dabei ist zu beachten, dass die Verwendung legierter Stähle bei wechselnder Biegebeanspruchung nur lohnt, wenn die Kerbwirkung durch entsprechende konstruktive Maßnahmen gering gehalten wird. Zudem sind, bedingt durch gleichen E-Modul, Achsen und Wellen aus hochfesten Stählen nicht steifer als solche aus Baustahl. Gestaltungshinweise für die Auslegung von Achsen und Wellen Die äußere Form der Achsen und Wellen wird durch die Funktion und die Anordnung der Anbauteile bestimmt. Ziel des Konstrukteurs muss es sein, kleine Abmessungen anzustreben um Biegemomente und damit auch Gewichte und Größen von Achsen, Wellen sowie deren Anbauteilen und Gehäusen gering zu halten. Darüber hinaus ist auf einfache und wirtschaftliche Fertigung zu achten. Die Vermeidung von Kerbstellen ist oft effektiver als die Wahl hochfester Stähle. Detaillierte Gestaltungshinweise finden Sie im Fachbuch Roloff Matek in Kapitel 11.2.1. 4 Stand 02.11.2013 © MSC LF5_5.2.1.7_Achsen_Wellen_ Zapfen.doc Lernmaterial Lernfeld 5 Konstruktionslehre 5.2.1.7 Berechnungsgrundlagen Bei der Berechnung von Achsen und Wellen sind immer die mit ihnen verbundenen Bauteile wie Lager, Zahnräder, Riemenscheiben oder Kupplungen mit zu berücksichtigen. Beim Rechenweg wird abhängig von d

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