DIN 25201-2-2015 Design guide for railway vehicles and their components - Bolted joints - Part 2 Design - Mechanical applications《铁路车辆及其组件的设计指南 螺栓连接 第2部分 设计 机械应用》.pdf

1、Dezember 2015DEUTSCHE NORM Preisgruppe 15DIN 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 21.060.10!%F3“2359216www.din.deDIN 25201-2Konstruktionsrichtlinie fr Schienenfahrze

2、uge und deren Komponenten Schraubenverbindungen Teil 2: Konstruktion Maschinenbauliche AnwendungenDesign guide for railway vehicles and their components Bolted joints Part 2: Design Mechanical applicationsMthode de conception pour vhicules ferroviaires et ses constituants Raccords vis Partie 2: Cons

3、truction Applications mcaniquesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 252012:200604 undDIN 252012 Berichtigung 1:200707www.beuth.deGesamtumfang 36 SeitenDDIN-Normenausschuss Fahrweg und Schienenfahrzeuge (FSF)DIN 25201-2:2015-12 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendun

4、gsbereich . 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Symbole . 5 4 Allgemeines zu den Schraubenverbindungen 7 4.1 Funktion einer Verbindung . 7 4.2 Prinzip einer Verbindung . 8 4.3 Montagevorspannkraft FM8 5 Gestaltungsparameter . 8 5.1 Mae, Form- und Lagetoleranzen der zu verbindenden Teile . 8 5.2 Klemmln

5、ge . 9 5.3 Nachgiebigkeit der Schraubenverbindung 9 6 Wahl der Befestigungselemente 10 6.1 Allgemeines . 10 6.2 Kraftangriff der Montagewerkzeuge 10 6.3 Gewinde . 10 6.4 Schraubenwerkstoff . 10 6.5 Schraubenkopf 10 6.6 Muttern 10 6.7 Scheiben 10 6.8 Oberflchenbeschichtungen 11 7 Auslegung und Dimens

6、ionierung der Schraubenverbindungen 11 7.1 Allgemeines . 11 7.2 Einflussgren auf die Auslegung . 12 7.2.1 Allgemeines . 12 7.2.2 Einschraubtiefe 12 7.2.3 Reibungszahlen 14 7.2.4 Verschraubungsklasse (Anziehfaktor A) . 16 7.3 Dimensionierung . 20 7.3.1 Vordimensionierung 20 7.3.2 Nachweis . 20 7.3.3

7、Montage mit Anziehdrehmoment MA20 Anhang A (normativ) Vordimensionierung der Gewindenenndurchmesser . 21 Anhang B (informativ) Beispiele fr Eintragungen in technischen Dokumenten . 27 Anhang C (informativ) Anhaltswerte fr Montagevorspannkrfte und Anziehdrehmomente 29 Literaturverzeichnis 36 DIN 2520

8、1-2:2015-12 3 Vorwort Diese Norm wurde vom NA 087-00-12 AA Werkstoffe, Fge- und Verbindungstechnik“ im DIN-Normenausschuss Fahrweg und Schienenfahrzeuge (FSF) erstellt. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE

9、sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 25201 Konstruktionsrichtlinie fr Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schraubenverbindungen“ besteht aus: Teil 1: Einteilung, Kategorien der Schraubenverbindungen Teil 2: Konstruktion maschinenbaul

10、iche Anwendungen Teil 3: Konstruktion elektrische Anwendungen Teil 4: Sichern von Schraubenverbindungen Teil 5: Korrosionsschutz Teil 6: Anschlussmae Teil 7: Montage nderungen Gegenber DIN 25201-2:2006-04 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) der Absatz 7.2.2 Einschraubtiefe wurde erweitert; b)

11、vollstndige redaktionelle berarbeitung. Frhere Ausgaben DIN 25201: 1986-11 DIN 25202: 1992-04 DIN 25203: 1992-04 DIN 25201-1: 2006-04 DIN 25201-2 Berichtigung 1: 2007-07 DIN 25201-2:2015-12 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr Schraubenverbindungen mit Schrauben und Muttern aus Stahl nach DIN EN

12、 ISO 898-1 und DIN EN ISO 898-2 im Schienenfahrzeugbereich. Sie ist mit werkstoffbedingten Einschrnkungen auch auf Verbindungen mit Schrauben und Muttern aus der Stahlgruppe A2 und A4 nach DIN EN ISO 3506-1 und DIN EN ISO 3506-2 anzuwenden. Sie soll den Konstrukteur bei der grundlegenden Auswahl von

13、 Schraubenverbindungen untersttzen und ihm Systematiken und Begriffe nher bringen. Grundstzlich befreit die Norm nicht von experimentellen und /oder numerischen (FEM Finite-Element-Method, BEM Boundary-Element-Method) Untersuchungen zur Verifizierung der Ergebnisse. Insbesondere trifft dies zu bei k

14、ritischen Verbindungen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die le

15、tzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 13-28, Metrisches ISO-Gewinde; Regel- und Feingewinde von 1 bis 250 mm Gewindedurchmesser, Kernquerschnitte, Spannungsquerschnitte und Steigungswinkel DIN 78, Schraubenberstnde DIN 6912, Zylinderschrauben mit Innense

16、chskant Niedriger Kopf, mit Schlsselfhrung DIN 7984, Zylinderschrauben mit Innensechskant Niedriger Kopf DIN 25200, Schrauben und Muttern fr Schienenfahrzeuge bersicht DIN 25201-1, Konstruktionsrichtlinie fr Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schraubenver-bindungen Teil 1: Einteilung, Kategorie

17、n der Schraubenverbindungen DIN 25201-4, Konstruktionsrichtlinie fr Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schraubenver-bindungen Teil 4: Sichern von Schraubenverbindungen DIN 25201-5, Konstruktionsrichtlinie fr Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schraubenver-bindungen Teil 5: Korrosionsschutz

18、 DIN 25201-6:2005-06, Konstruktionsrichtlinie fr Schienenfahrzeuge und deren Komponenten Schraubenverbindungen Teil 6: Anschlussmae DIN 34800, Schrauben mit Auensechsrund mit kleinem Flansch DIN EN 20273, Mechanische Verbindungselemente Durchgangslcher fr Schrauben DIN EN ISO 898-1, Mechanische Eige

19、nschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl Teil 1: Schrauben mit festgelegten Festigkeitsklassen Regelgewinde und Feingewinde DIN EN ISO 898-2, Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl Teil 2: Muttern mit festgelegte

20、n Festigkeitsklassen Regelgewinde und Feingewinde DIN EN ISO 2320, Muttern aus Stahl mit Klemmteil Mechanische und funktionelle Eigenschaften DIN EN ISO 3506-1, Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus nichtrostenden Sthlen Teil 1: Schrauben DIN EN ISO 3506-2, Mechanische Eigenschaften

21、 von Verbindungselementen aus nichtrostenden Sthlen Teil 2: Muttern DIN EN ISO 4014, Sechskantschrauben mit Schaft Produktklassen A und B DIN 25201-2:2015-12 5 DIN EN ISO 4017 , Sechskantschrauben mit Gewinde bis Kopf Produktklassen A und B DIN EN ISO 4762, Zylinderschrauben mit Innensechskant DIN E

22、N ISO 10642, Senkschrauben mit Innensechskant DIN EN ISO 16047, Verbindungselemente Drehmoment/Vorspannkraft-Versuch DIN ISO 261, Metrisches ISO-Gewinde allgemeiner Anwendung bersicht ERRI S 1071/RP 1, Grundlagen ber das Sichern von Schraubenverbindungen Allgemeines und Sicherheitsempfehlungen VDI 2

23、230 Blatt 1:2003, Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen Zylindrische Einschraubenverbindungen 3 Symbole ANNennquerschnitt ASSpannungsquerschnitt nach DIN 13-28 d Schraubendurchmesser = Gewindeauendurchmesser (Nenndurchmesser) DaInnendurchmesser der ebenen Mutterauflageflch

24、e (Fasendurchmesser) daInnendurchmesser der ebenen Kopfauflage der Schraube dhBohrungsdurchmesser der verspannten Teile dhaInnendurchmesser der Kopfseitigen ebenen Auflageflche der verspannten Teile (Fasendurchmesser) DkiInnendurchmesser der ebenen Kopfauflage DKmwirksamer Durchmesser fr das Reibung

25、smoment in der Schraubenkopf- oder Mutterauflage dwAuendurchmesser der ebenen Kopfauflageflche der Schraube (Auflageauendurchmesser) d2Flankendurchmesser des Schraubengewindes fZFASetzbetrag, plastische Verformung durch Setzen Axialkraft, eine in Schraubenachse gerichtete und anteilig auf eine Schra

26、ube bezogene Komponente einer beliebig gerichteten Betriebskraft (statisch oder dynamisch) FZVorspannkraftverlust infolge Setzens im Betrieb FMMontagevorspannkraft FM maxmaximale Montagevorspannkraft, fr die eine Schraube ausgelegt werden muss, damit trotz Ungenauigkeit des Anziehverfahrens und zu e

27、rwartender Setzbetrge im Betrieb die erforderliche Klemmkraft in der Verbindung erzeugt wird und erhalten bleibt FM minErforderliche Mindest-Montage-Vorspannkraft; kleinste Montagevorspannkraft, die sich bei FM max infolge Ungenauigkeit des Anziehverfahrens und maximaler Reibung einstellen kann FMmm

28、ittlere Montagevorspannkraft lKKlemmlnge meffeffektive Mutterhhe bzw. effektive Einschraubtiefe (berdeckung von Auen- und Innengewinde) DIN 25201-2:2015-12 6 MAAnziehdrehmoment bei der Montage zum Vorspannen einer Schraube auf FMMA redum die Streuung MMreduziertes Anziehdrehmoment MFFgemoment MMStre

29、uung fr das abgegebene Montagedrehmoment P Steigung des Schraubengewindes RmZugfestigkeit SDSicherheit gegen Dauerbruch AAnziehfaktor Pelastische Nachgiebigkeit der verspannten Teile bei zentrischer Verspannung und zentrischer Krafteinleitung Selastische Nachgiebigkeit der Schraube GReibungszahl im

30、Gewinde gesVergleichsreibungszahl fr das Gesamtreibungsverhalten einer Schraubenverbindung KReibungszahl in der Kopfauflage TReibungszahl in der Trennfuge Ausnutzungsgrad der Streckgrenzspannung beim Anziehen (Grenze der Vollplastizierung des gefhrdeten Querschnitts) Scherfestigkeit der Mutter (Nher

31、ungswert etwa 0,6 Rm) KKraftverhltnis bei zentrischer Verspannung und zentrischer Krafteinleitung in Ebenen durch die Schraubenkopf- und Mutterauflage DIN 25201-2:2015-12 7 4 Allgemeines zu den Schraubenverbindungen 4.1 Funktion einer Verbindung Eine Schraubenverbindung nach dieser Norm hat die Aufg

32、abe, Bauteile so miteinander zu verbinden, dass das Auftreten von Schlupf oder das Auseinanderklaffen verhindert wird, eine Demontage jedoch mglich ist. Die bertragenen statischen oder dynamischen Krfte entsprechen denen, die in Tabelle 1 aufgefhrt sind. Tabelle 1 Krfte und Beanspruchungen auf die S

33、chraubenverbindungen Krfte, die von auen auf die Verbindung einwirken Art der Beanspruchung, die sich daraus fr das einzelne Befestigungselement ergibt Reine Zugbeanspruchung (zentrische Axialkrfte) Zug- und Biegebeanspruchung (auermittige Axialkrfte) Scher- und Biegebeanspruchung (Querkrfte) Zusamm

34、engesetzte Beanspruchung (Zug-, Biege- und Querkrfte) DIN 25201-2:2015-12 8 4.2 Prinzip einer Verbindung Die Festigkeit einer Schraubenverbindung entspricht der Festigkeit ihres schwchsten Elementes. Abgesehen von Sonderfllen sollte dieses Element die Schraube sein. Legende 1 Kopf 3 Freies belastete

35、s Gewinde 2 Schaft 4 Im Eingriff befindliches Gewinde Bild 1 Konstruktionsprinzip bezglich der Versagensmglichkeiten einer Schraubenverbindung (am Beispiel einer Schaftschraube) Tabelle 2 Versagensmglichkeiten einer Schraubenverbindung Schraubenabschnitt Tragfhigkeit Versagen durch: Kopf F max(Kopf)

36、Abscheren des Schraubenkopfes Bruch im bergang Kopf-Schaft Schaft ANRmBruch im ungekerbten Schaftbereich Freies belastetes Gewinde FmSBruch im Gewindeauslauf Bruch im freien belasteten Gewindeteil Im Eingriff befindliches Gewinde FmGMBruch im ersten tragenden Gewindegang FmGSAbstreifen des im Eingri

37、ff befindlichen Bolzen- und/oder Muttergewindes Konstruktionsprinzip mS0,95 d bzw. Mutterauendurchmesser“ 1,9 d Gewindetoleranz 6g/6H Regelgewinde M4 bis M24 bei Festigkeitsklasse 70 und 80 nach DIN EN ISO 3506-1 bzw. Regelgewinde M4 bis M39 bei Festigkeitsklasse 50 nach DIN EN ISO 3506-1 und Festig

38、keitsklassen 8.8, 10.9 nach DIN EN ISO 898-1 Schraubenbruchkraft ermittelt aus Nennma-Spannungsquerschnitt Asund maximaler Schraubenzugfestigkeit Rmmax= (8.8, 80: 1 000 N/mm2, 10.9: 1 200 N/mm2, 50: 600 N/mm2, 70: 840 N/mm2) Bild 3 Richtwerte fr die erforderliche bezogene effektive Einschraubtiefe D

39、IN 25201-2:2015-12 14 Die erforderliche Gesamteinschraubtiefe mgeswird aus der effektiven Einschraubtiefe meff(tragende Gewindehhe) und den vorhandenen konstruktiven Randbedingungen errechnet. a) Variante A b) Variante B c) Variante C Bild 4 Einschraubtiefe, Unterscheidung verschiedener konstruktive

40、r Randbedingungen Die erforderliche Gesamteinschraubtiefe mgeswird aus der effektiven Einschraubtiefe meff(tragende Gewindehhe) und den vorhandenen konstruktiven Randbedingungen errechnet. Gesamteinschraubtiefe bei Einschraubgewinde im Minimum (Sacklcher“ Varianten A + B in Bild 4): ges= eff+ 2 + +

41、erforderliche Gesamteinschraubtiefe Sackloch Dabei ist P die Gewindesteigung; meffdie effektive Einschraubtiefe (tragende Hhe, Bild 3); 2 fr die bei jeder Schraube nach Produktnorm vorhandenen 2 unvollstndigen Gewindegnge; Fase der Zuschlag fr eine Ansenkung (falls unbekannt: 1 ); Toleranzen die Zus

42、chlge fr Dickentoleranzen der Bauteile (insbesondere auch zustzliche Beilagen) und der Lngentoleranz der Schraube. bei Durchsteckverschraubungen Variante C in Bild 4 mit Muttern aus Konstruktionswerkstoffen im Minimum: = + 2 + erforderliche Gesamteinschraubtiefe bei Durchsteck Schraubenverbindungen

43、Diese Beziehung gilt nur solange der berstand der Schraube nach DIN 78 von 2 eingehalten ist (Bild 4, Variante C); ansonsten ist die Rechenbeziehung fr Sacklcher anzuwenden. 7.2.3 Reibungszahlen Die Reibungsverhltnisse sind vom Oberflchenzustand abhngig. Korrosionsschutz, Schmierzustand und Herstell

44、verfahren (spanend oder nicht spanend bearbeitet) ben dabei einen unterschiedlichen Einfluss aus. Die Kopf- und Gewindereibungszahlen der Schrauben sollen in folgendem Reibungszahlfenster liegen (gilt nicht bei Einsatz von Klebstoffen): a) Bei der Verwendung von Einzelreibungszahlen: Kopfreibungszah

45、l: 0,08 0,16 Gewindereibungszahl: 0,08 0,16 DIN 25201-2:2015-12 15 b) Bei der Verwendung von Gesamtreibungszahlen: 0,09 0,14 Die Gleichung fr die Berechnung der Gesamtreibungszahl ges: ges=AM 0,16 0,58 2+Km2mit Km=(w+ Ki)2und Ki=max(a,ha,h,a) Alle Schraubenlose und Einsatzpaarungen sollen in diesen

46、Reibungszahlfenstern liegen. Um diese Reibungszahlen1)zu erreichen, sind die Schrauben und Muttern mit geeigneten Mitteln zu schmieren oder Schrauben und Muttern mit integriertem Schmiermittel einzusetzen. Werden abweichende Reibzahlfenster angewandt (z. B. Klebstoffe, Sicherungselemente), sind dies

47、e entsprechend zu bercksichtigen, insbesondere beim Anziehdrehmoment und im Festigkeitsnachweis. Die Selbsthemmung des Gewindes darf nicht unterschritten werden (Reibungszahl G 0,06) Im Rechengang nach VDI 2230 werden fr die Berechnung die minimalen Reibungszahlen fr ges, Kund Gbercksichtigt. Die Re

48、ibungszahlen sind nach DIN EN ISO 16047 zu ermitteln (zu beachten: darin sind internationale, von VDI 2230 abweichende Formelzeichen enthalten, die gleichberechtigt verwendet werden drfen z. B. ges=tot, MA=T, G=th, K=b). Um der Gefahr des Kaltverschweiens (Fressen) entgegenzuwirken, sollen Verbindungselemente aus austenitischen Sthlen (ISO 3506-1 und -2) mit geeigneten Schmiermitteln geschmiert werden. 1) Siehe VDA 235-101. DIN 25201-2:2015-12 16 T