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Formelsammlung und Berechnungsprogramme
Maschinen- und Anlagenbau

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Update:  05.02.2023

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Wellenberechnung Achsenbrechnung

Umfassende Informationen, leichte Verständlichkeit und schnelle Nutzbar­keit der Auslegungs- oder Berechnungsgleichungen ermöglichen die sofortige Dimensionierung von Bauteilen.



Spannungsberechnung Wellenbelastung

Das Standardwerk der Ingenieure in Studium und Beruf mit den Schwerpunkten „Allgemeiner Maschinenbau“.



Achsenspannung Festigkeitsberechnung

Das mathematisch anspruchsvolle Buch wendet sich hauptsächlich an theoretisch interessierte Ingenieure und Physiker.


Menue
Achsen - Wellen

Berechnung von Wellen und Achsen

Wellendurchmesser

Wellendurchmesser bei Biegebelastung


Allgemeine Biegespannungs-Formel
Biegespannung
Wellen-Außendurchmesser einer Vollwelle bei Biegung
Wellendurchmesser Biegung
Wellen-Außendurchmesser einer Hohlwelle bei Biegung
Wellendurchmesser Biegung
Widerstandsmoment einer Hohlachse bei Biegung
Widerstandsmoment Biegung
Wellen-Innendurchmesser einer Hohlachse bei Biegung
Welleninnendurchmesser Biegung
Biegung
σb = Biegespannung (N/mm²)
M b = Biegemoment (Nmm)
W b = Widerstandsmoment bei Biegung (mm³)
d a = Wellen-Außendurchmesser (mm)
d i = Wellen-Innendurchmesser (mm)
σ b,zul = zulässige Biegespannung (N/mm²)
k   = Durchmesser-Verhältnis (-)
σb = Biegespannung (N/mm²)
M b = Biegemoment (Nmm)
W b = Widerstandsmoment bei Biegung (mm³)
d a = Wellen-Außendurchmesser (mm)
d i = Wellen-Innendurchmesser (mm)
σ b,zul = zulässige Biegespannung (N/mm²)
k   = Durchmesser-Verhältnis (-)
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Berechnungsprogramm - Wellendurchmesser Biegebelastung

Berechnung des Wellendurchmessers bei Biegebelastung.


Berechnung des maximalen Biegemoments von Wellen und Trägern

Biegeträger

Mit den Berechnungsprogrammen können Wellen bzw. Träger mit konstantem Querschnitt berechnet werden.
Die Auflagerkräfte, Biegemomente und die Durchbiegung werden ermittelt.


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Wellen mit gleicher Festigkeit - Angeformte Wellen

Große und schwere Wellen werden aus Gewichtsgründen häufig als Träger mit gleicher Festigkeit ausgebildet.
Der oben ermittelte Durchmesser, bei Biegebelastung, ist nur an der Stelle mit dem höchsten Biegemoment erforderlich.
An allen anderen Querschnittsstellen kann der Durchmesser entsprechend dem auftretenden Biegemomentes kleiner sein.
Somit ergibt sich ein Rotationskörper, der durch eine kubische Parabel begrenzt ist. Die Achse wird durch zylindrische oder kegelige Abstufungen ausgebildet.


Wellendurchmesser bei gegebenem Biegemoment
Wellendurchmesser
Wellendurchmesser bei gegebener Auflagerkraft
Wellendurchmesser
Biegung

da,x = Wellen-Außendurchmesser (mm)
M b,x = Biegemoment (Nmm)
σ b,zul = zulässige Biegespannung (N/mm²)
F a = Auflagerkraft (N)
x   = Abstand von der Lagerkraft
da,x = Wellen-Außendurchmesser (mm)
M b,x = Biegemoment (Nmm)
σ b,zul = zulässige Biegespannung (N/mm²)
F a = Auflagerkraft (N)
x   = Abstand von der Lagerkraft
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Wellendurchmesser bei Torsionsbelastung


Allgemeine Torsionsspannungs-Formel
Torsionsspannung
Wellen-Außendurchmesser einer Vollwelle bei Torsion
Wellendurchmesser Torsion
Wellen-Außendurchmesser einer Hohlwelle bei Torsion
Wellendurchmesser Torsion
Widerstandsmoment einer Hohlwelle bei Torsion
Widerstandsmoment Torsion
Widerstandsmoment einer Welle bei Torsion mit Passfedernut
Widerstandsmoment mit Passfeder
Widerstandsmoment mit Passfeder

Wellen-Innendurchmesser einer Hohlwelle bei Torsion
Welleninnendurchmesser Torsion
Torsion
τb = Torsionsspannung (N/mm²)
M t = Torsionsmoment (Nmm)
W t = Widerstandsmoment bei Torsion (mm³)
d a = Wellen-Außendurchmesser (mm)
d i = Wellen-Innendurchmesser (mm)
τ t,zul = zulässige Torsionsspannung (N/mm²)
k   = Durchmesser-Verhältnis (-)
W t = polares Widerstandsmoment der Welle mit Passfedernut (mm3)
D i = Durchmesser ohne Passfedernut (mm)
τb = Torsionsspannung (N/mm²)
M t = Torsionsmoment (Nmm)
W t = Widerstandsmoment bei Torsion (mm³)
d a = Wellen-Außendurchmesser (mm)
d i = Wellen-Innendurchmesser (mm)
τ b,zul = zulässige Torsionsspannung (N/mm²)
k   = Durchmesser-Verhältnis (-)
W t = polares Widerstandsmoment der Welle mit Passfedernut (mm3)
D i = Durchmesser ohne Passfedernut (mm)

Berechnungsprogramm - Wellendurchmesser Torsionsbelastung

Berechnung des Wellendurchmessers bei Torsionsbelastung.


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Wellendurchmesser bei Biege- und Torsionsbelastung


Vergleichsmoment aus Biege- und Torsionsmoment
Vergleichsmoment
Wellen-Außendurchmesser bei Vollwellen
Wellendurchmesser
Wellen-Außendurchmesser bei Hohlwellen
Wellendurchmesser
Wellen-Innendurchmesser bei Hohlwellen
Welleninnendurchmesser
Biegung+Torsion
Mv = Vergleichsmoment aus Biege- und Torsionsmoment (Nmm)
M b = Biegemoment (Nmm)
M t = Torsionsmoment (Nmm)
σ b,zul = zulässige Biegespannung (N/mm²)
τ b,zul = zulässige Torsionsspannung (N/mm²)
φ   = Faktor für Festigkeitshyphothese
NH = 1 - SH = 2 - GEH = 1,73
d a = Wellen-Außendurchmesser (mm)
d i = Wellen-Innendurchmesser (mm)
k   = Durchmesser-Verhältnis (-)
Mv = Vergleichsmoment aus Biege- und Torsionsmoment (Nmm)
M b = Biegemoment (Nmm)
M t = Torsionsmoment (Nmm)
σ b,zul = zulässige Biegespannung (N/mm²)
τ b,zul = zulässige Torsionsspannung (N/mm²)
φ   = Faktor für Festigkeitshyphothese
NH = 1 - SH = 2 - GEH = 1,73
d a = Wellen-Außendurchmesser (mm)
d i = Wellen-Innendurchmesser (mm)
k   = Durchmesser-Verhältnis (-)

Berechnungsprogramm - Wellendurchmesser bei Biegung und Torsion

Berechnung des Wellendurchmessers bei gleichzeitiger Belastung von Biegung und Torsion.


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Verdrehung

Verdrehung bei Torsionsbelastung


Verdrehwinkel einer glatten Welle
Verdrehwinkel
Verdrehwinkel bei abgesetzten Wellen

Verdrehwinkel abgesetzte Welle

Bogenlänge
Bogenlänge

Scherwinkel
Scherwinkel

Wellen-Außendurchmesser wenn φ = 0,25° je m Wellenlänge
Wellendurchmesser
Wellen-Außendurchmesser bei maximaler Verdrehung
Wellendurchmesser
Verdrehung
φ  = Verdrehwinkel (°)
M t = Torsionsmoment (Nmm)
τ t = Torsionsspannung (N/mm²)
G   = Schubmodul (N/mm²)
b = Bogenlänge (mm)
γ = Scherwinkel (°)
W p = polares Widerstandsmoment (mm3)
d a = Wellen-Außendurchmesser (mm)
r   = da / 2 = Wellenradius (mm)
L   = Wellenlänge (mm)
I t = polares Flächenträgheitsmoment (mm4)
k A = Anwendungsfaktor (-)
P   = Nennleistung der Welle (W)
n   = Wellendrehzahl (U/min)
φ  = Verdrehwinkel (°)
M t = Torsionsmoment (Nmm)
τ t = Torsionsspannung (N/mm²)
G   = Schubmodul (N/mm²)
b = Bogenlänge (mm)
γ = Scherwinkel (°)
W p = polares Widerstandsmoment (mm3)
d a = Wellen-Außendurchmesser (mm)
r   = da / 2 = Wellenradius (mm)
L   = Wellenlänge (mm)
I t = polares Flächenträgheitsmoment (mm4)
k A = Anwendungsfaktor (-)
P   = Nennleistung der Welle (W)
n   = Wellendrehzahl (U/min)

Berechnungsprogramm - Verrehung bei Torsion

Berechnung der Verdrehung einer Welle mit verschiedenen Wellenquerschnitten.


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Zulässige Verformungen

Zulässige Durchbiegung und Verdrehung für Wellen und Achsen


max. Durchbiegung
Wellen und Achsen allgemein, f max bezogen auf Stützlänge (Biegung) f max ≈ 0,33 mm/m 
Wellen und Achsen im Maschinenbau f max ≈ 0,3 mm/m 
Wellen und Achsen im Werkzeugmaschinenbau f max ≈ 0,2 mm/m 
Wellen und Achsen im Landmaschinenbau f max ≈ 0,5 mm/m 
Wellen von Elektromotoren - xl=Luftspalt f max ≈ 0,2...0,3 *xL 
Wellen mit Zahnrad an Eingriffsstelle - m=Normalmodul f max ≈ 0,005*m 
Schneckenwelle an Eingriffsstelle - dm=Mittelkreisdurchmesser f max ≈ 0,001*dm 
max. Neigung
Gleitlager einstellbar tan β max ≈ 10*10-4
Gleitlager einstellbar tan β max ≈ 10*10-4
Gleitlager nicht einstellbar tan β max ≈ 3*10-4
Wälzlager, Radial-Rillenkugellager tan β max ≈ 10*10-4
Wälzlager, Radial-Zylinderrollenlager tan β max ≈ 2*10-4
Wellen mit ungehärtetem Zahnrad an Eingriffsstelle tan β max ≈ 1*10-4
Wellen mit gehärtetem Zahnrad an Eingriffsstelle tan β max ≈ 1*10-4
Industriegetriebe schwere Anwendung - Modul = 5 oder Zahnbreite = 50 mm tan β max ≈ 4*10-4
Industriegetriebe schwere Anwendung - Modul > 5 oder Zahnbreite > 50 mm tan β max ≈ 1,5*10-4
max. Verdrehung
Wellen allgemein, φ max bezogen auf Verdrehlänge (Torsion) φ max ≈ 0,25°/m 
Lagerabstand
Lagerabstand bei gegebenem Wellendurchmesser L = 300...400 * d 0,5

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Wellendurchmesser bzw. Lagerabstand bei zul. Durchbiegung


Der erforderliche Wellendurchmesser bzw. Lagerabstand kann berechnet werden unter der Annahme, einer frei aufliegenden Welle mit einer Punktlast in der Mitte der Welle und durchgehendem gleichen Durchmesser.

Erforderlicher Wellendurchmesser

Wellendurchmesser
Erforderlicher Wellendurchmesser bei E-Modul 210000 N/mm²
Wellendurchmesser

Erforderlicher Lagerabstand

Lagerabstand
Erforderlicher Lagerabstand bei E-Modul 210000 N/mm²
Lagerabstand
d   = Wellendurchmesser (mm)
F   = Belastung in der Mitte der Welle (N)
l   = Lagerabstand (mm)
E   = E-Modul (N/mm²)
f zul = zul. Wellendurchbiegung (mm/m) - siehe Tabelle oben
d   = Wellendurchmesser (mm)
F   = Belastung in der Mitte der Welle (N)
l   = Lagerabstand (mm)
E   = E-Modul (N/mm²)
f zul = zul. Wellendurchbiegung (mm/m) - siehe Tabelle oben
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Nabenabmessungen

Richtwerte für Wellen-Nabenverbindungen

d = Wellendurchmesser


Ver­bindungs­art Naben­außen­durchmesser Naben­länge
Grau­guss Stahl, GS Grau­guss Stahl, GS
Pass­feder­verbindung 2,0...2,2 * d 1,8...2,0 * d 1,6...2,1 * d 1,1...1,4 * d
Keilwelle, Zahnwelle 1,8...2,0 * d 1,8...2,0 * d 1,0...1,3 * d 0,6...0,9 * d
Längs­bewegliche Nabe 1,8...2,0 * d 1,6...1,8 * d 2,0...2,2 * d 1,8...2,0 * d
Polygon­verbindung 1,6...1,8 * d 1,3...1,6 * d 1,8...2,0 * d 1,6...1,8 * d
Press­verband 2,2...2,6 * d 2,0...2,5 * d 1,2...1,5 * d 0,8...1,0 * d
Spann-, Klemm-, Keil­verbindung 2,0...2,2 * d 1,8...2,0 * d 1,6...2,0 * d 1,2...1,5 * d
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Kerbformzahl - Kerbwirkungszahl

Berechnung Kerbformzahl Flachstab


Berechnungsprogramm zur Berechnung der Kerbformzahl für einen Flachstab, mit verschiedene Geometrien und Belastungsarten.

Flachstab abgesetzt Flachstab Außenkerbe Flachstab Bohrung Flachstab Langloch

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Berechnung Kerbformzahl Rundstab

Berechnungsprogramm zur Berechnung der Kerbformzahl für einen Rundstab, mit verschiedene Geometrien und Belastungsarten.


Rundstab abgesetzt Rundstab Ringnut Rundstab Querbohrung

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Kerbwirkungszahl

Zur Auslegung dynamisch beanspruchter Bauteile wird die Kerbwirkungszahl βk als Verhältnis der Dauerfestigkeit σD eines glatten, polierten Stabes zur Dauerfestigkeit σDk der glatten gekerbten Probe herangezogen. Die Kerbwirkungszahl βk ist abhängig von der Beanspruchungsart, der Kerbform sowie vom Werkstoff und wird experimentell ermittelt.

Kerbwirkungszahlen

Berechnungsprogramm zur Berechnung der Kerbwirkungszahl für verschiedene Geometrien und Belastungsarten.


Rundstab abgesetzt

Rundstab abgesetzt

Rundstab Ringnut

Rundstab mit Rundkerbe

Rundstab Querbohrung

Sicherungsring Nut

Rundstab Querbohrung

Rundstab mit Passfesder

Rundstab Querbohrung

Rundstab mit Pressverbindung


Kerbform   Biegung
βkb
Torsion
βkt
Quer­bohrung Rundstab 1,7...2,0
d/D=0,14
1,7...2.0
d/d=0,14
Pass­federnut Rundstab 1,8...2,5 1,3...2,2
Aus­laufnut Rundstab 1,3...1,5 1,3...2,2
Keil­welle parallele Flanken 1,4...2,3 1,9...3,1
Kerb­zahn­wellen 1,6...2,6 1,9...3,1
Kegel­spannringe 1,6 1,4
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Einflussfaktoren auf die Dauerfestigkeit

Einflussfaktoren auf die Dauerfestigkeit

Bei der Berechnung der Dauerfestigkeit eines Bauteils sind verschiedene Einflussfaktoren zu berücksichtigen:

- Technologischer Größeneinflussfaktor K1
Der Faktor K1 berücksichtigt, dass die erreichbare Härte beim Vergüten bzw. Einsatzhärten mit steigendem Durchmesser abnimmt.

- Geometrischer Größeneinflussfaktor K2
Der geometrische Größeneinflussfaktor K2 berücksichtigt, dass bei größer werdendem Durchmesser oder Dicken die Biegewechselfestigkeit in die Zug/Druckwechselfestigkeit übergeht und analog auch die Torsionswechselfestigkeit sinkt.


Berechnungsprogramm - Einflussfaktoren auf die Dauerfestigkeit

Berechnung von:
- Technologischer Größeneinflussfaktor K1
- Geometrischer Größeneinflussfaktor K2



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Einflussfaktor Oberflächenrauigkeit

Der Einflussfaktor Kf der Oberflächenrauheit, berücksichtigt den zusätzlichen Einfluss der Rauheit auf die örtlichen Spannungen und damit auf die Dauerfestigkeit des Bauteils.


Zug-Druck und Biegung
Faktor Kf
Faktor Kf
Torsion

Faktor Kf
Kfσ = Zug-Druck Oberflächenrauigkeitsfaktor (-)
K fτ = Torsion Oberflächenrauigkeitsfaktor (-)
σ b(deff) = Zugfestigkeit (N/mm²)
Rz   = mittl. Rauigkeit (μm)
bei Walzhaut Rz=200 μm 
σ B(dB) = Zugfestigkeit Bezugsdurchmesser (N/mm²)
K1  (deff) = Technologischer Einflussfaktor (-)
Kfσ = Zug-Druck Oberflächenrauigkeitsfaktor (-)
K fτ = Torsion Oberflächenrauigkeitsfaktor (-)
σ b(deff) = Zugfestigkeit (N/mm²)
Rz   = mittl. Rauigkeit (μm)
bei Walzhaut Rz=200 μm 
σ B(dB) = Zugfestigkeit Bezugsdurchmesser (N/mm²)
K1  (deff) = Technologischer Einflussfaktor (-)
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Einflussfaktor für Oberflächenverfestigung Kv

Der Einflussfaktor der Oberflächenverfestigung Kv berücksichtigt den Einfluss (Eigenspannung, Härte) des veränderten Oberflächenzustandes durch das jeweilige technologische Verfahren auf die Dauerfestigkeit.
Bei Durchmesser größer 40 mm ist Kv = 1.


Ober­flächen­verfestigung Dur­chmesser Kv Faktor
Nitrieren 8...25 1,15...1,25
25...40 1,10...1,15
Einsatz­härten 8...25 1,20...2,10
25...40 1,10...1,50
Karbo­nitrier­härten 8...25 1,10...1,90
25...40 1,00...1,40
Rollen 7...25 1,20...1,40
25...40 1,10...1,25
Kugel­strahlen 7...25 1,10...1,30
25...40 1,10...1,20
In­duktiv­härten
Flamm­härten
7...25 1,20...1,60
25...40 1,10...1,40

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Gesamt-Einflussfaktor


Gesamteinflussfaktor

Zug-Druck und Biegung
Gesamteinflussfaktor
Torsion
Gesamteinflussfaktor
Kσ = Gesamteinflussfaktor σ (-)
K Ï„ = Gesamteinflussfaktor Ï„ (-)
β σ = Kerbwirkungszahl σ (-)
β τ = Kerbwirkungszahl τ (-)
K 2 = Geometrischer Einflussfaktor (-)
K f,σ = Einflussfaktor Oberflächenrauheit σ (-)
K f,τ = Einflussfaktor Oberflächenrauheit τ (-)
K v = Einflussfaktor Oberflächenverfestigung (-)
Kσ = Gesamteinflussfaktor σ (-)
K Ï„ = Gesamteinflussfaktor Ï„ (-)
β σ = Kerbwirkungszahl σ (-)
β τ = Kerbwirkungszahl τ (-)
K 2 = Geometrischer Einflussfaktor (-)
K f,σ = Einflussfaktor Oberflächenrauheit σ (-)
K f,τ = Einflussfaktor Oberflächenrauheit τ (-)
K v = Einflussfaktor Oberflächenverfestigung (-)
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Gestaltfestigkeit

Belastungs- und Spannungsarten


Normalspannung (Zug-Druck)
Normalspannung Zugspannung
Biegespannung

Biegespannung Biegespannung
Torsionsspannung

Torsionsspnnung Zugspannung

Dynamische Spannungswerte

Spannungsamplitude
Ausschlagsspannung
Mittelspannung
Mittelspannung
σN = Normalspannung (N/mm²) - Zug/Druck
F N = Normalkraft (N)
A   = Querschnittsfläche (mm²)
τ t = Torsionsspannung (N/mm²)
M t = Torsionsmoment (Nmm)
W t = Torsions-Widerstandsmoment (mm³)
σ b = Biegespannung (N/mm²)
M b = Biegemoment (Nmm)
W b = Biege-Widerstandsmoment (mm³)
σ a = Spannungsamplitude (N/mm²)
σ m = Mittelspannung (N/mm²)
σ o = Oberspannung (N/mm²)
σ u = Unterspannung (N/mm²)
Spannungsverlauf
σN = Normalspannung (N/mm²) - Zug/Druck
F N = Normalkraft (N)
A   = Querschnittsfläche (mm²)
τ t = Torsionsspannung (N/mm²)
M t = Torsionsmoment (Nmm)
W t = Torsions-Widerstandsmoment (mm³)
σ b = Biegespannung (N/mm²)
M b = Biegemoment (Nmm)
W b = Biege-Widerstandsmoment (mm³)
σ a = Spannungsamplitude (N/mm²)
σ m = Mittelspannung (N/mm²)
σ o = Oberspannung (N/mm²)
σ u = Unterspannung (N/mm²)
Spannungsverlauf
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Vergleichs-Mittelspannung bei mehrachsiger Beanspruchung


Vergleichs-Mittelspannungen
Mittelspannung
Mittelspannung
σmv = Vergleichs-Mittelspannung (N/mm²)
τ mv = Torsion-Vergleichs-Mittelspannung (N/mm²)
σ zdm = Zug-Druck-Mittelspannung (N/mm²)
σ bdm = Biege-Mittelspannung (N/mm²)
τ m = Torsion-Mittelspannung (N/mm²)
σmv = Vergleichs-Mittelspannung (N/mm²)
τ mv = Torsion-Vergleichs-Mittelspannung (N/mm²)
σ zdm = Zug-Druck-Mittelspannung (N/mm²)
σ bdm = Biege-Mittelspannung (N/mm²)
τ m = Torsion-Mittelspannung (N/mm²)
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Gestalt-Dauerfestigkeit gekerbter Stab - einachsige Beanspruchung

Die Bauteilfestigkeit des gekerbten Stabs, unter Berücksichtigung der o. g. Einflussfaktoren, berechnet sich nach folgenden Formeln:


Zug-Druck-Wechselfestigkeit
Wechselfestigkeit
Biege-Wechselfestigkeit

Wechselfestigkeit
Torsions-Wechselfestigkeit

Wechselfestigkeit
σzd,WK = Zug-Druck Wechselfestigkeit gekerbter Stab (N/mm²)
σ b,WK = Biege-Wechselfestigkeit gekerbter Stab (N/mm²)
τ τ,WK = Torsions-Wechselfestigkeit gekerbter Stab (N/mm²)
σ zd,W(db) = Zug-Druck-Wechselfestigkeit glatter Probestab mit Bezugsdurchmesser dB (N/mm²) - Wert aus Festigkeitstabelle 
σ b,W(db) = Biege-Wechselfestigkeit glatter Probestab mit Bezugsdurchmesser dB (N/mm²) - Wert aus Festigkeitstabelle 
Ï„ Ï„,W(db) = Torsion-Wechselfestigkeit glatter Probestab mit Bezugsdurchmesser dB (N/mm²) - Wert aus Festigkeitstabelle 
K 1 = Technologischer Einflussfaktor (-)
Kσ = Gesamt Einflussfaktor Zug,Druck und Biegung (-)
KÏ„ = Gesamt Einflussfaktor Torsion (-)
σzd,WK = Zug-Druck Wechselfestigkeit gekerbter Stab (N/mm²)
σ b,WK = Biege-Wechselfestigkeit gekerbter Stab (N/mm²)
τ τ,WK = Torsions-Wechselfestigkeit gekerbter Stab (N/mm²)
σ zd,W(db) = Zug-Druck-Wechselfestigkeit glatter Probestab mit Bezugsdurchmesser dB (N/mm²) - Wert aus Festigkeitstabelle 
σ b,W(db) = Biege-Wechselfestigkeit glatter Probestab mit Bezugsdurchmesser dB (N/mm²) - Wert aus Festigkeitstabelle 
Ï„ Ï„,W(db) = Torsion-Wechselfestigkeit glatter Probestab mit Bezugsdurchmesser dB (N/mm²) - Wert aus Festigkeitstabelle 
K 1 = Technologischer Einflussfaktor (-)
Kσ = Gesamt Einflussfaktor Zug, Druck und Biegung (-)
KÏ„ = Gesamt Einflussfaktor Torsion (-)
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Mittelspannungsempfindlichkeit


Zug-Druck
Mittelspannungsempflindlichkeit
Biegung
Mittelspannungsempflindlichkeit
Torsion
Mittelspannungsempflindlichkeit
ψzdσK = Mittelspannungsempfindlichkeit Zug-Druck (-)
ψ bσK = Mittelspannungsempfindlichkeit Biegung (-)
ψ τK = Mittelspannungsempfindlichkeit Torsion (-)
σ zdWK = Zug-Druck Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
σ bWK = Biegung Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
τ τWK = Torsion Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
σ B(deff) = Zugfestigkeit bezogen auf deff (N/mm²)
ψzdσK = Mittelspannungsempfindlichkeit Zug-Druck (-)
ψ bσK = Mittelspannungsempfindlichkeit Biegung (-)
ψ τK = Mittelspannungsempfindlichkeit Torsion (-)
σ zdWK = Zug-Druck Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
σ bWK = Biegung Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
τ τWK = Torsion Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
σ B(deff) = Zugfestigkeit bezogen auf deff (N/mm²)
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Spannungsamplitude der Bauteilfestigkeit


Wenn σmv bzw. τmv konstant

Zug-Druck
Spannungsamplitude
Biegung
Spannungsamplitude
Torsion
Spannungsamplitude
Wenn σmv/σzd,ba bzw. τmv/ττa konstant

Zug-Druck
Spannungsamplitude
Biegung
Spannungsamplitude
Torsion
Spannungsamplitude
σzdADK = Zug-Druck Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
σ bADK = Biege Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
τ τADK = Torsion Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
σ zdWK = Zug-Druck Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
σ bWK = Biege Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
τ τWK = Torsion Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
ψ zdσK = Mittelspannungsempfindlichkeit Zug-Druck (-)
ψ bσK = Mittelspannungsempfindlichkeit Biegung (-)
ψ τK = Mittelspannungsempfindlichkeit Torsion (-)
σ mv = Vergleichs-Mittelspannung (N/mm²)
τ mv = Torsion Vergleichs-Mittelspannung (N/mm²)
σ zda = Zug-Druck Ausschlagspannung aus der Beanspruchung (N/mm²)
σ ba = Biege-Ausschlagspannung aus der Beanspruchung (N/mm²)
τ τa = Torsion-Ausschlagspannung aus der Beanspruchung (N/mm²)
σzdADK = Zug-Druck Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
σ bADK = Biege Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
τ τADK = Torsion Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
σ zdWK = Zug-Druck Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
σ bWK = Biege Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
τ τWK = Torsion Bauteilwechselfestigkeit (N/mm²)
ψ zdσK = Mittelspannungsempfindlichkeit Zug-Druck (-)
ψ bσK = Mittelspannungsempfindlichkeit Biegung (-)
ψ τK = Mittelspannungsempfindlichkeit Torsion (-)
σ mv = Vergleichs-Mittelspannung (N/mm²)
τ mv = Torsion Vergleichs-Mittelspannung (N/mm²)
σ zda = Zug-Druck Ausschlagspannung aus der Beanspruchung (N/mm²)
σ ba = Biege-Ausschlagspannung aus der Beanspruchung (N/mm²)
τ τa = Torsion-Ausschlagspannung aus der Beanspruchung (N/mm²)
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Sicherheit gegen Ermüdungsbruch


Ausschlagspannung aus der Beanspruchung
Ausschlagsspannung

Sicherheit
Sicherheit
- nur Biegung
Sicherheit
- nur Torsion
Sicherheit
σa = Ausschlagspannung (N/mm²)
σ o = Oberspannung (N/mm²) - max. Spannung
σ u = Unterspannung (N/mm²) - min. Spannung
σ zda = Zug-Druck-Ausschlagspannung (N/mm²)
σ ba = Biege-Ausschlagspannung (N/mm²)
τ τa = Torsion-Ausschlagspannung (N/mm²)
σ zdADK = Zug-Druck Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
σ bADK = Biege Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
τ τADK = Torsion Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
S   = Sicherheit gegen Ermüdungsbruch (-)
σa = Ausschlagspannung (N/mm²)
σ o = Oberspannung (N/mm²) - max. Spannung
σ u = Unterspannung (N/mm²) - min. Spannung
σ zda = Zug-Druck-Ausschlagspannung (N/mm²)
σ ba = Biege-Ausschlagspannung (N/mm²)
τ τa = Torsion-Ausschlagspannung (N/mm²)
σ zdADK = Zug-Druck Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
σ bADK = Biege Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
τ τADK = Torsion Bauteilausschlagfestigkeit (N/mm²)
S   = Sicherheit gegen Ermüdungsbruch (-)
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Kritische Drehzahl

Biegeeigenfrequenz [1]

Die auf die Welle wirkenden zusätzlichen Belastungen (Zahnkräfte, Querkräfte usw.) sind bei der Biegesteifigkeit der Welle nicht zu berücksichtigen.


Biegeeigenfrequenz einer massenlosen Welle mit Einzelmasse

Kritische Winkelgeschwindigkeit
Winkelgeschwindigkeit

Kritische Eigenfrequenz
Kritische Drehzahl
Kritische Drehzahl
Drehzahl
Biegesteifigkeit durch Einzelmasse

Biegesteifigkeit Biegesteifigkeit

Biegesteifigkeit Biegesteifigkeit

ω  = Winkelgeschwindigkeit (rad/s)
C   = Biegesteifigkeit der Welle (N/m)
m   = Einzelmasse (Scheibe) (kg)
f k = Kritische Eigenfrequenz (Hz)
F G = Gewichtskraft der Einzelmasse (N)
f G = Durchbiegung der Welle durch die Einzelmasse (m)
g   = Erdbeschleunigung 9,81 (m/s²)
n k = Kritische Drehzahl (1/min)
E   = E-Modul (N/mm²)
I   = Biege-Trägheitsmoment (mm4)
L   = Lagerabstand (mm)
a   = Abstand Masse zum Lager (mm)
b   = Abstand Masse zum Lager (mm)
ω  = Winkelgeschwindigkeit (rad/s)
C   = Biegesteifigkeit der Welle (N/m)
m   = Einzelmasse (Scheibe) (kg)
f k = Kritische Eigenfrequenz (Hz)
F G = Gewichtskraft der Einzelmasse (N)
f G = Durchbiegung der Welle durch die Einzelmasse (m)
g   = Erdbeschleunigung 9,81 (m/s²)
n k = Kritische Drehzahl (1/min)
E   = E-Modul (N/mm²)
I   = Biege-Trägheitsmoment (mm4)
L   = Lagerabstand (mm)
a   = Abstand Masse zum Lager (mm)
b   = Abstand Masse zum Lager (mm)