Passfederverbindungen
Passfederverbindungen sind Maschinenelemente die eine Welle mit einer Nabe verbinden und zur formschlüssigen Drehmomentübertragung über einen Mitnehmer, die eigentliche Passfeder, dienen. Die Geometrie von Passfedern wird in der Normenreihe DIN 6885 Teil 1-3 behandelt. In der FVA-Workbench kann eine Normgeometrie sowie eine frei definierte Passfederverbindung betrachtet werden.
Die Tragfähigkeitsberechnung von Passfederverbindungen erfolgt nach DIN 6892 (2012). Die auftretende und zulässige Flächenpressungen an Welle, Passfeder und Nabe werden dabei gegenüberstellt. Des Weiteren kann ein Festigkeitsnachweis der Welle nach DIN 743 oder FKM-Richtlinie geführt werden.
Geometrie von Passfederverbindungen
Die Normenreihe DIN 6885 legt u.a. die Abmessungen von Passfederverbindungen fest:
DIN 6885-1:2021-11 - Mitnehmerverbindungen ohne Anzug, Passfedern, Nuten - Hohe Form - Teil 1: Maße, Toleranzen, Masse
DIN 6885-2:2021-06 - Mitnehmerverbindungen ohne Anzug, Passfedern, Nuten - Hohe Form für Werkzeugmaschinen - Teil 2: Maße, Toleranzen, Masse
DIN 6885-3:2021-06 - Mitnehmerverbindungen ohne Anzug, Passfedern, Nuten - Niedrige Form - Teil 3: Maße, Toleranzen, Masse
In der FVA-Workbench kann der Nutzer auswählen, ob er eine Normgeometrie nach DIN 6885 verwenden möchte oder eine frei definierte Passfedergeometrie angiebt.
Bei Auswahl einer Normgeometrie werden basierend auf dem Wellendurchmesser folgende Parameter ermittelt:
Passfederhöhe und –breite
Tiefe der Wellen- und Nabennut
Zusätzlich besteht die Möglichkeit zur automatischen Bestimmung:
der Schrägung oder Rundung der Passfeder und
der Rundung des Nutgrunds.
Des Weiteren erfolgt eine Prüfung der angegebenen Passfederlänge.
Festigkeitsnachweis von Passfederverbindungen nach DIN 6892
Die DIN 6892:2012-08 Mitnehmerverbindungen ohne Anzug - Passfedern - Berechnung und Gestaltung beschreibt den Festigkeitsnachweis von Passfedern in drei Detaillierungsstufen:
Methode A: Umfassender experimenteller oder rechnerischer Festigkeitsnachweis. Eine allgemeingültige Vorgehensweise zur Berechnungsmethode kann zurzeit noch nicht angegeben werden.
Methode B: Genauere Analyse der auftretenden und zulässigen Flächenpressungen an Welle, Passfeder und Nabe. Fordert zusätzlich einen Festigkeitsnachweis der Welle nach dem Nennspannungskonzept.
Methode C: Überschlägige Bestimmung der Flächenpressungen und Abschätzung der Wellenbeanspruchung
In der FVA-Workbench wird grundsätzlich der Festigkeitsnachweis nach Methode B gerechnet, zusätzlich werden auch die Ergebnisse nach Methode C ausgegeben.
Notwendige Eingaben
Neben der Vorgabe der Geometrie von Passfederverbindungen muss die zu berücksichtigende Geometrie der Nabe angegeben werden. Diese kann nach DIN 6892 als Hohlzylinder oder als abgesetzte Nabe aus zwei Hohlzylindern definiert werden. Der Wellendurchmesser wird anhand der Wellenkontur ermittelt.
Über die Vorgabe der Passung zwischen Welle und Nabe sowie weiterer relevanter Parameter (Rautiefen, Haftbeiwert) kann das ggfs. vorhandene Reibschlussmoment bestimmt und berücksichtigt werden.
Des Weiteren sind Angaben zur auftretenden Belastung (z.B. Anwendungsfaktor, Anzahl Lastspitzen, ggfs. Lastumkehr) sowie zu den verwendeten Werkstoffen von Welle, Passfeder und Nabe notwendig.
Berücksichtigtes Torsionsmoment
Wenn eine Einzelkomponentenberechnung der Passfederverbindung durchgeführt wird müssen das Nennmoment, das maximale Torsionsmoment, sowie ggfs. das Rückwärtstorsionsmoment angegeben werden.
Im Rahmen der Gesamtsystemberechnung der FVA-Workbench wird das durch die Passfederverbindung übertragende Nennmoment automatisch ermittelt. Durch die Vorgabe des Stoßfaktors sowie des Faktor für Reversierbetrieb kann der Nutzer dann das zu berücksichtigende Torsionsmoment, sowie das Rückwärtstorsionsmoment festlegen.
Wirksame Flächenpressung
In der FVA-Workbench können alle in der DIN 6892 beschriebenen Einflussfaktoren zur Bestimmung der wirksamen Flächenpressung berücksichtigt werden (tragende Länge und tragende Tiefe der Wellen- und Nabennut, Anwendungsfaktor, Traganteilfaktor, Lastverteilungsfaktor, Reibschlussfaktor). Insbesondere erfolgt die Bestimmung des Lastverteilungsfaktors K_λ mit dem genaueren Verfahren aus dem FVA-Programm REMOP zur Exakten Berechnung von Wellen-Naben-Passfederverbindungen und nicht nur näherungsweise anhand den Diagramme im Abschnitt 6.1.2.4.
Zulässige Flächenpressung
Den wirksamen Flächenpressungen werden zulässige Flächenpressungen gegenüber gestellt. Dabei werden die Streck- bzw. Dehngrenze und Zugfestigkeit der Werkstoffe, der Einfluss der Lastrichtungswechsel, der Einfluss der Lastspitzen, der Stützfaktor und der Härteeinflussfaktor berücksichtigt.