DIN 6892-2012 Drive type fastenings without taper action - Parallel keys - Calculation and design《无锥度连接的驱动式紧固件 直行键 计算和设计》.pdf

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1、August 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Maschinenbau (NAM) im DINPreisgruppe 18DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 21.120.30!$o:“1887623www.din.deDDIN 6892Mitn

2、ehmerverbindungen ohne Anzug Passfedern Berechnung und GestaltungDrive type fastenings without taper action Parallel keys Calculation and designLiasons par entraner sans blocage Clavettes Calcul et dimensionnementAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 6892:1998-11

3、www.beuth.deGesamtumfang 48 SeitenDIN 6892:2012-08 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Symbole und Abkrzungen . 6 4 Allgemeines zur Passfederberechnung . 8 5 Umfassendes Berechnungsmodell fr Passfederverbindung (Methode A) . 9 6 Vereinfachte B

4、erechnung von Passfederverbindungen (Methode B). 9 6.1 Flchenpressung an den Kontaktstellen . 9 6.1.1 Grundstzliches 9 6.1.2 Wirksame Flchenpressungen 9 6.1.3 Zulssige Flchenpressungen 16 6.2 Nachweis der Gestaltfestigkeit 19 6.2.1 Wellenbeanspruchung . 19 6.2.2 Nabenbeanspruchung 19 6.2.3 Gestaltun

5、g von Passfederverbindungen . 20 7 berschlgige Dimensionierung von Passfederverbindungen (Methode C) . 21 7.1 Vereinfachende Annahmen . 21 7.2 Anwendungsgrenzen . 21 7.3 Zulssiges Torsionsmoment . 21 7.4 Maximales Spitzentorsionsmoment 22 7.5 Dauerfestigkeitsabschtzung 22 8 Auswuchten von Wellen mit

6、 Passfedern . 22 9 Angaben in technischen Unterlagen 22 Anhang A (normativ) Anwendungsfaktoren nach DIN 3990 23 Anhang B (normativ) Sttz- und Hrteeinflussfaktoren . 25 Anhang C (normativ) Passfederabmessungen nach AGMA 9002 und 9003 26 C.1 Geometriefaktor zur rechnerischen Angleichung . 26 C.2 Dimen

7、sionierung (Methode C) . 30 Anhang D (informativ) Berechnungsbeispiele 31 D.1 Elastische Bolzenkupplung . 31 D.1.1 Allgemeines . 31 D.1.2 Rechengang nach Methode C . 32 D.1.3 Rechengang nach Methode B . 32 D.2 Abtriebswelle eines Servogetriebes fr Industrieroboter 36 D.2.1 Allgemeines . 36 D.2.2 Rec

8、hengang nach Methode C . 37 D.2.3 Rechengang nach Methode B . 37 D.2.4 Wellenbeanspruchung . 39 D.2.5 Fazit 39 D.3 Getriebewelle . 39 D.3.1 Allgemeines . 39 D.3.2 Rechengang nach Methode C . 41 D.3.3 Rechengang nach Methode B . 41 D.3.4 Wellenbeanspruchung nach DIN 743 45 Literaturhinweise . 48 DIN

9、6892:2012-08 3 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NA 060-34-32 AA Wellen und Welle-Nabe-Verbindungen“ des Normenausschusses Maschinenbau (NAM) im DIN erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE

10、 sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 6892:1998-11 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) In 6.1.2.1 wurde bei der Berechnung der Flchenpressungen eine Aushebeschrge mit bercksichtigt. b) In 6.1.2.4 wurde die Bezugs

11、gre D/d in d/D gendert. c) In 6.1.2.5 wurden zur Berechnung des Reibschlussfaktors in den jeweiligen Berechnungsgleichungen neue Faktoren q zugeordnet. d) In 6.1.3.1 wurden der Lastrichtungswechselfaktor fwund der Lastspitzenhufigkeitsfaktor fLneu festgesetzt. Die Unterscheidung zwischen Wechselmome

12、nten mit zeitlich langsamen oder schnellem Momentenanstieg ist entfallen. e) In 6.2 sind die Bilddarstellungen fr den Formfaktor und die Lebensdauer entfallen, stattdessen werden die Kerbwirkungszahlen explizit angegeben. f) Im Anhang C sind die Ausfhrungen zur maximalen Wellenbeanspruchung auf der

13、Basis von rtlichen Spannungen entfallen. Frhere Ausgaben DIN 6892: 1998-11 DIN 6892:2012-08 4 Einleitung Die Passfederverbindung zhlt zu den mittelbaren formschlssigen Welle-Nabe-Verbindungen. Das Torsionsmoment wird von der Welle auf die Nabe ber einen Mitnehmer, die Passfeder, mittelbar bertragen.

14、 Der hauptschliche Einsatzzweck fr Passfederverbindungen ist das bertragen von (quasi-)statischen Torsionsmomenten. Mit Einschrnkungen wird die Passfederverbindung auch bei schwellenden und wechselnden Torsionsmomenten eingesetzt. Passfederverbindungen finden insbesondere dann Anwendung, wenn eine g

15、ute Montierbarkeit und sptere Demontage der Welle-Nabe-Verbindung (z. B. Austausch oder Instandsetzung) gefordert oder notwendig ist. Zweck dieser Norm ist die Darstellung verschiedener Berechnungsmglichkeiten zur sicheren Auslegung von Passfederverbindungen. DIN 6892:2012-08 5 1 Anwendungsbereich D

16、iese Norm legt Gestaltungs- und Berechnungsgrundlagen fr Passfederverbindungen fest, deren Teile aus metallischen Werkstoffen bestehen. Die Geometrie der Passfederverbindung ist in DIN 6885-1, DIN 6885-2 und DIN 6885-3 mit Ausnahme der Passfederlnge festgelegt. Diese Norm gilt berwiegend fr im Masch

17、inenbau angewandte Passfederverbindungen im Temperaturbereich von 40C bis 150C. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die le

18、tzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 743 (alle Teile), Tragfhigkeitsberechnung von Wellen und Achsen DIN 748-1:1970-01, Zylindrische Wellenenden Abmessungen, Nenndrehmomente DIN 1681:1985-06, Stahlguss fr allgemeine Verwendungszwecke Technische Lieferbe

19、dingungen DIN 3990-1:1987-12, Tragfhigkeitsberechnung von Stirnrdern Einfhrung und allgemeine Einfluss-faktoren DIN 6281:1978-04, Stromerzeugungsaggregate mit Kolbenkraftmaschinen Anschlussmae fr Generato-ren und Kolbenkraftmaschinen DIN 6885-1:1968-08, Mitnehmerverbindung ohne Anzug Passfedern, Nut

20、en, hohe Form DIN 6885-2:1967-12, Mitnehmerverbindung ohne Anzug Passfedern, Nuten, hohe Form fr Werk-zeugmaschinen; Abmessungen und Anwendung DIN 6885-3:1956-02, Mitnehmerverbindung ohne Anzug Passfedern, niedrige Form; Abmessungen und Anwendung DIN 7190:2001-02, Pressverbnde Berechnungsgrundlagen

21、und Gestaltungsregeln DIN EN 1561:1997-08, Gieereiwesen Gusseisen mit Lamellengraphit DIN EN 1563:1997-08, Gieereiwesen Gusseisen mit Kugelgraphit DIN EN 10025-1:2005-02, Warmgewalzte Erzeugnisse aus unlegierten Bausthlen Technische Lieferbe-dingungen DIN EN 10277-5:1999-10, Blankstahlerzeugnisse Te

22、chnische Lieferbedingungen Teil 5: Vergtungs-sthle DIN EN 10083-1:2003-08, Vergtungssthle Teil 1: Technische Lieferbedingungen fr Edelsthle DIN EN 10083-2:2003-08, Vergtungssthle Teil 2: Technische Lieferbedingungen fr unlegierte Sthle DIN EN 10084:1998-06, Einsatzsthle Technische Lieferbedingungen

23、DIN ISO 8821:1991-10, Mechanische Schwingungen Vereinbarungen ber die Passfeder-Art beim Aus-wuchten von Wellen und Verbundteilen AGMA 9002-A86, Bores and keyways for flexible couplings (inch series) AGMA 9003-A91, Flexible couplings keyless fits DIN 6892:2012-08 6 3 Symbole und Abkrzungen Fr die An

24、wendung dieses Dokuments gelten die Symbole und folgenden Begriffe. Symbol Benennung Einheit A Tiefe der Abschrgung bei Passfedern der Form G,H,J mm a Lnge der Aushebeschrge bei Passfedern mm a0axialer Abstand zwischen Lastein- bzw. -ableitungsstelle mm a1Abstand zwischen Nabenstirnflche und prismat

25、ischem Teil der Passfeder mm b Passfederbreite mm c Breite der Nabe mit D2innerhalb ltrmm d Wellendurchmesser mm dAgroer Wellendurchmesser bei abgesetzter Welle mm dBKBezugsdurchmesser 40 mm mm D Auendurchmesser der Nabe mm D1kleiner Auendurchmesser bei abgesetzter Nabe mm D2groer Auendurchmesser be

26、i abgesetzter Nabe mm fHHrteeinflussfaktor fLLastspitzenhufigkeitsfaktor fSSttzfaktor fWLastrichtungswechselfaktor Feqquivalente Umfangskraft N Fmaxmaximale Umfangskraft N FuZahnumfangskraft N h Passfederhhe mm i Passfederanzahl KAAnwendungsfaktor KGGeometriefaktor fr Passfedern nach AGMA-Standard K

27、ReqReibschlussfaktor bei quivalentem Torsionsmoment KRmaxReibschlussfaktor bei maximalem Spitzentorsionsmoment K2Geometrischer Greneinflussfaktor K3Geometrischer Greneinflussfaktor KTraganteilfaktor KLastverteilungsfaktor KeFaktor zur Bercksichtigung der nabenseitigen Lastein- bzw. -ableitung lPFPas

28、sfederlnge mm l1trtragende Passfederlnge der Welle mm l2trtragende Passfederlnge der Nabe mm MbBiegemoment Nmm MtTorsionsmoment Nmm Mteqquivalentes Torsionsmoment Nmm DIN 6892:2012-08 7 Symbol Benennung Einheit Mtmaxmaximales Spitzentorsionsmoment Nmm MtmaxRckmaximales Rckwrtstorsionsmoment Nmm Mtne

29、nnTorsions-Nennmoment Nmm MtRminminimales Reibschlussmoment Nmm Mtzulzulssiges Torsionsmoment Nmm N Nabe NLHufigkeit der Lastspitzen NWHufigkeit der Lastrichtungswechsel p1Flchenpressung in der Wellennut N/mm2p2Flchenpressung in der Nabennut N/mm2peqquivalente wirksame Flchenpressung N/mm2pmaxmaxima

30、le wirksame Flchenpressung N/mm2pzulzulssige Flchenpressung N/mm2q Korrekturfaktor fr Reibschluss mit Passfeder QADurchmesserverhltnis der Nabe r 45-Schrgung oder Rundung an der Passfeder mm r2Nutgrundradius mm R Spannungsverhltnis ReminMinimum der Streckgrenzen von Wellen-, Naben- und Passfederwerk

31、stoff N/mm2ReStreckgrenze N/mm2RmZugfestigkeit N/mm2Rp0,2Dehngrenze N/mm2s145-Schrgung oder Rundung an der Wellennutkante mm s245-Schrgung oder Rundung an der Nabennutkante mm SFSicherheit gegen Flieen t Nuttiefe mm t1Wellennuttiefe mm t1trtragende Wellennuttiefe mm t2trtragende Nabennuttiefe mm W W

32、elle Wtpolares Widerstandsmoment mm3cbKerbwirkungszahl fr Biegung ctKerbwirkungszahl fr Torsion Traganteil bei zwei Passfedern relatives berma in der Fuge baBiegeausschlagsspannung N/mm2bmaxmaximale Biegespannung der Welle, rtlich N/mm2bnBiegenennspannung der Welle N/mm2bnmaxmaximale Biegenennspannu

33、ng der Welle N/mm2DIN 6892:2012-08 8 Symbol Benennung Einheit mstatische Torsionsnennspannung N/mm2maxmaximale Torsionsspannung der Welle, rtlich N/mm2nTorsionsnennspannung der Welle N/mm2nmaxmaximale Torsionsnennspannung der Welle N/mm2taTorsionsausschlagsspannung N/mm2wTorsionswechselfestigkeit N/

34、mm2tFKTorsionsfliegrenze fr das gekerbte Bauteil N/mm24 Allgemeines zur Passfederberechnung Aus bisherigen Untersuchungen an Passfederverbindungen geht hervor, dass meist die Welle das kritische Bauteil der Verbindung darstellt. Abscheren der Passfeder kommt sehr selten und dann nur bei berlasten vo

35、r. Der in zahlreichen Dauerversuchen mit Passfederverbindungen (siehe 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) nachgewiesene Schwingungsverschlei infolge Umlaufbiegung und/oder schwingender Torsion ist meist der entscheidende Schdigungsmechanismus, der zum Versagen der Welle-Nabe-Verbindung fhrt. Von daher sind Ergebni

36、sse aus Untersuchungen allein an genuteten Wellen nicht fr eine Berechnung verwendbar (teilweise besteht noch nicht einmal tendenzielle bereinstimmung). Beim Festigkeitsnachweis von Passfederverbindungen ist es erforderlich, folgende Kriterien zu berprfen: Flchenpressung an Welle, Passfeder und Nabe

37、; Gestaltfestigkeit der Welle fr: Torsionsbeanspruchung, in der Regel (quasi-)statisch, Biegebeanspruchung, in der Regel dynamisch; Gestaltfestigkeit der Nabe. Festigkeitsnachweise fr Passfederverbindungen knnen nach verschiedenen Methoden gefhrt werden. Gem der Genauigkeit (im Sinne der Bercksichti

38、gung verschiedener Einflussfaktoren) bzw. Zuverlssigkeit des Verfahrens werden die Methoden A, B und C unterschieden. Die umfassendere Methode ist gegenber der weniger genauen magebend. Methode A: Es handelt sich hierbei um einen experimentellen Festigkeitsnachweis am Bauteil unter Praxisbedingungen

39、 und/oder um eine umfassende rechnerische Beanspruchungsanalyse der kompletten Passfederverbindung bestehend aus Welle, Passfeder und Nabe. Methode B: Die Auslegung erfolgt aufgrund einer genaueren Bercksichtigung der auftretenden Flchenpressungen. Auerdem wird ein Festigkeitsnachweis fr die Welle n

40、ach dem Nennspannungskonzept durchgefhrt. Methode C: berschlgige Berechnung der Flchenpressungen und daraus resultierende Abschtzung fr die Wellen-beanspruchung. Abweichungen von diesen Berechnungsmethoden sind in begrndeten Fllen zulssig. Darber hinaus sind die Angaben ber zylindrische Wellenenden

41、in DIN 748-1 zu beachten. DIN 6892:2012-08 9 5 Umfassendes Berechnungsmodell fr Passfederverbindung (Methode A) Der nach dieser Methode zu fhrende Festigkeitsnachweis orientiert sich an experimentellen Unter-suchungen, die das Auftreten von Schwingungsverschlei in der Passfederverbindung bercksichti

42、gen. Ersatzweise ist auch eine umfassende rechnerische Beanspruchungsanalyse der kompletten Pass-federverbindung bestehend aus Welle, Passfeder und Nabe vorstellbar. Eine allgemeingltige Vorgehensweise zur Berechnungsmethode kann zurzeit noch nicht angegeben werden. 6 Vereinfachte Berechnung von Pas

43、sfederverbindungen (Methode B) 6.1 Flchenpressung an den Kontaktstellen 6.1.1 Grundstzliches Ein Beurteilungskriterium fr die Tragfhigkeit der Passfederverbindung ist die wirksame Flchenpressung zwischen Passfeder und Wellen- bzw. Nabennutwand. Sie darf zulssige Grenzwerte, die sich aus den Werkstof

44、ffestigkeiten ergeben, nicht berschreiten. Fr den Festigkeitsnachweis ist die berprfung der Flchenpressung an allen tragenden Flchen erforderlich. Praktische Erfahrungen zeigen, dass bei (quasi-)statischer Torsionsbelastung an den Kontaktflchen rtlich in begrenztem Umfang die Fliegrenze berschritten

45、 werden darf, ohne dass bei duktilen Werkstoffen Sicherheit und Funktion der Passfederverbindung beeintrchtigt werden. Ebenso wenig wird die Passfeder bei Ausnutzung dieses Effektes abscheren. Durch solche lokalen plastischen Verformungen ergibt sich unter Umstnden sogar eine gleichmigere Lastvertei

46、lung. Das Berechnungsverfahren gilt fr einseitige und mit Einschrnkungen auch fr wechselseitige Belastung der Passfedern. Die Flchenpressung wird aus dem zu bertragenden Torsionsmoment berechnet. Die mageblichen Belastungsgren sind das quivalente Torsionsmoment Mteqund das im Verlauf der gesamten Be

47、triebsdauer tatschlich auftretende maximale Spitzentorsionsmoment Mtmax.Das quivalente Torsions-moment Mteqwird mit Hilfe des in DIN 3990-1:1987-12, Anhang A, vorgeschlagenen Anwendungsfaktors KAaus dem Nenntorsionsmoment Mtnennbestimmt. 6.1.2 Wirksame Flchenpressungen 6.1.2.1 Berechnungsgrundlagen

48、Aus dem Nenntorsionsmoment Mtnennwird das quivalente Torsionsmoment Mteqmit dem Anwendungsfaktor KA(siehe dazu 6.1.2.2) in Gleichung (1) berechnet. tnennteqMKMA= (1) Das im Verlauf der gesamten Betriebsdauer nur in Form von Sonderereignissen auftretende maximale Torsionsmoment Mtmaxmuss fr den jeweiligen Anwendungsfall (z. B. aus Anfahrsten, Kurzschluss-momenten, Notbremsmomenten usw.) bestimmt werden. Auch diese Sonderereignisse sind im Anwen-dungsfaktor KAzu erfassen. Die wirksamen Umfangskrfte Feqund Fmaxwerden mit den Gleichungen (2) und (3) ermittelt. Dabei wird der Kraftangr