Berechnung und Gestaltung von Metallfedern by Siegfried Gross

By Siegfried Gross

J. Das Wesen und die kennzeichnenden Eigenschaften der Federn Alle festen Körper besitzen mehr oder minder große Elastizität oder Fedrigkeit, d. h. das Bestreben, nach Verformungen, die sie unter der Einwirkung äußerer Kräfte erfahren haben, wieder ihre ursprüngliche Gestalt anzunehmen. In dieser Eigenschaft liegt das Wesen der Feder begründet. Als Federn im engeren Sinne sind Vorrichtungen anzusprechen, die durch zweck­ entsprechende Formgebung und Verwendung hochelastischen Baustoffes eigens da­ für geschaffen sind, vermöge ihrer elastischen Formänderung mechanische Arbeit in potentielle Energie umzuformen und wieder in mechanische Arbeit zurückzu­ verwandeln. Hieraus entspringt die Eignung der Federn zur Arbeitsspeicherung, zur Milderung von Stößen, zur Abfederung oder Steuerung bewegter Massen und, wegen der gesetzmäßigen Abhängigkeit zwischen Kraft und Formänderung, zur Kraftmessung. eleven. Baustoffe und Bauarten Bauart und Baustoff richten sich in erster Linie nach dem Verwendungszweck. Der wichtigste Werkstoff ist Stahl von hoher Festigkeit. Besonderen Anforde­ rungen, wie Hitze- oder Korrosionsbeständigkeit, Antimagnetismus, geringer Wärmedehnung und Unabhängigkeit des elastischen Verhaltens von der Tempera­ tur kann guy durch geeignete Zusammensetzung des Stahles Rechnung tragen. Ihnen werden zum Teil auch Federwerkstoffe wie Messing, Bronze und andere Le­ gierungen von Nichteisenmetallen gerecht. Daneben sind Federn im Gebrauch, welche die elastischen Eigenschaften nichtmetallischer Stoffe wie Gummi, Holz, Kork und Luft ausnutzen. Das vorliegende Buch behandelt lediglich Federn aus Metall und im besonderen aus Stahl. 1. Stahl. (Vornorm DIN 17220 enthält ein Verzeichnis aller Normen, die Feder­ stähle betreffen.) Stahl kann durch Kaltverformen (Ziehen oder Walzen) oder durch Vergüten (d. h. Härten und Anlassen) auf Federhärte gebracht werden.

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29) die Verschiebung 8 bestimmen, welche die Verbin. dungslinie der Federaugenmitten gegen die Verbindungslinie der Gehängedrehpunkte erfährt. Diese Aufgabe setzt voraus, daß die Abhängigkeit zwischen lX und ' 8 oder P bekannt ist. Diese Abhängigkeit liefert GI. (28), welche die einzelnen lX zu errechnen gestattet" wenn man verschiedene Werte von 18 einsetzt. Die gefundenen Werte von lX und von cos lX sind in der letzten Spalte der Tab. 3 enthalten. Trägt man jetzt cos lX in Abhängigkeit von P in einem Schaubild auf, so liest man für P1 = II cm den schon bekannten Wert cos lX 1 = 0,82 und für Ps = P1 - (f~ - I~) = 11 - 4,85 = 6,15 cm den zugehörigen Wert cos lX s = 0,872 ab.

58); J = ~ = 4 . 1212. 1,2 u n u b k~ 3 1 . 12 . (59); 1,145 nach Abb. 11; J v = J u + Jo - J~ = 6,91 +7- 3,79 = J~ 1,728 = 10,12 cm 4 nach GI. (60); J v = 10,12 = 0,171; K v = 1,335 nach Ahb. 11. 1. Q :;;;;. Qb 1,26 70 8 Q Nach GI. (61): 1= 6 7 . 2,15 . 106 = nach GI. (62): (J 4,79 1000 Q cm; 3·70·Q = 7 . 12 . 1 = 2,5 Q kgjcm 2 • 2. (63): D v = 3 - 0,643 ( 3,79) = 1,226; 2 . 0,643 1 1,335 10 12 + , 49 Gestufte Blattfedern. nach GI. (64). 2,15' 10 6 t1,26 7Qb + 0,643 [3 - 0,643 (3 - 0,643) X (1 - 0,5 ·1,226)] + 1,145 (1 - 0,643)3] (Q - Qb)} = ~: {0,682 Qb + 0,411 (Q -Qb)} = ~: {0,271 Qb 2000 kg ist, errechnet sich hiermit für Q = 0 1000 2000 3000 kg f=0 4,79 9,58 12,45 cm.

Ermittelte Feder für schrägen Lastangriff durchrechnet. ,.. 35° vorgeschrieben. Die Federlaschen sollen eine Länge Ig = 10 cm, und die Federaugen einen lichten Durchmesser 2 e = 3,2 cm erhalten. Zunächst muß die halbe Sehnenlänge lu der Feder für P1 ='11 cm ermittelt und dann der halbe Abstand Id der Gehängedrehpunkte festgelegt werden. 26 unter 2. beschriebenen Verfahren bestimmt man unter Benutzung der Abb. 23 und der GI. (33) und (34) die in Tab. 3 wiedergegebene Abhängigkeit zwischen p und ls.

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