1、Juli 2017DEUTSCHE NORM Preisgruppe 13DIN 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 49.030.01!%dp1“2657714www.din.deDIN 65946Luft- und Raumfahrt Bestimmung der Reibungszah
2、len von Schrauben und Muttern unter festen Bedingungen;Text Deutsch und EnglischAerospace series Determination of coefficients of friction of bolts and nuts under specific conditions;Text in German and EnglishS rie arospatiale Dtermination des coefficients de frottement de vis et crous sous conditio
3、ns spcifies;Texte en allemand et anglaisAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 65946:2011-09www.beuth.deGesamtumfang 42 SeitenDDIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL)DIN 65946:2017-07 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweisungen
4、 4 3 Begriffe . 4 4 Formelzeichen . 5 5 Grundlagen des Verfahrens 6 6 Messeinrichtung . 9 6.1 Prfstand . 9 6.1.1 Prfstand mit Mehrfachkalibrierung . 9 6.1.2 Prfstand mit Normalbereichskalibrierung 9 6.2 Prinzipieller Versuchsaufbau 9 7 Durchfhrung . 11 7.1 Allgemeines . 11 7.2 Einbaubedingungen . 11
5、 7.3 Gegenlage . 11 7.4 Oberflchenzustand und Gewindetoleranz der Referenzstcke . 12 7.5 Versuchsbedingungen . 12 8 Auswertung . 13 8.1 Bestimmung der Reibungszahlen fr Muttern ohne Klemmteil 13 8.2 Bestimmung der Reibungszahlen fr Muttern mit Klemmteil . 15 9 Versuchsbericht . 17 9.1 Allgemeines 17
6、 9.2 Beschreibung der zu prfenden Verbindungselemente . 17 9.2.1 Schrauben und Stiftschrauben . 17 9.2.2 Muttern . 18 9.2.3 Unterlegscheiben 18 9.3 Prfmaschine 19 9.4 Versuchsaufbau . 19 9.5 Umgebungsbedingungen 19 9.6 Besondere Bedingungen . 19 9.7 Versuchsergebnisse . 20 9.7.1 Gemessene Werte 20 9
7、.7.2 Ermittelte Werte (je nachdem, welcher gefordert wird) . 20 9.7.3 Andere Ergebnisse 20 (informativ) Beispiel fr ein Reibungsdiagramm . 21 Anhang ADIN 65946:2017-07 3 Vorwort Diese Norm wurde von interessierten Experten des Fachbereiches Mechanik“, NA 131-03-01 AA Verbindungselemente (Spiegelauss
8、chuss zu ISO/TC 20/SC 4)“ des DIN-Normenausschusses Luft- und Raumfahrt (NL) erarbeitet. Die Festlegungen dieser Norm basieren auf der 2005-10 zurckgezogenen Norm DIN 946:1991-10. Diese Norm gilt fr die Anwendung in der Luft- und Raumfahrt. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Element
9、e dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 65946:2011-09 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Abschnitt 5 Grundlagen des Verfahrens“ berarbeitet; b) Abschnitt 6 Messeinr
10、ichtung“ und 7 Durchfhrung“ erweitert; c) umfangreiche Erluterungen zur Auswertung in Abschnitt 8 aufgenommen; d) Anhang B entfernt; e) Normative Verweisungen aktualisiert; f) die Norm redaktionell berarbeitet. Frhere Ausgaben DIN 65946: 2011-09 DIN 65946:2017-07 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm leg
11、t eine Prfung zur Bestimmung der Reibungszahlen beim Anziehen von Schrauben und Muttern unter festgelegten Bedingungen fest. Sie gilt nur fr Versuche, die vergleichenden Charakter haben, z. B. zur Bestimmung von Reibungszahlen bei verschiedenen Oberflchenausfhrungen oder zur Bewertung unterschiedlic
12、her Schmierstoffe. Anwendungsbezogene Anziehversuche, die Reibungszahlen in Schraubenverbindungen bestimmter Baugruppen betreffen, werden wegen der speziellen Anforderungen im Rahmen dieser Norm nicht im Detail beschrieben. Diese Norm basiert auf der festgelegten Annahme, dass ein linearer Zusammenh
13、ang zwischen Dreh-moment, Vorspannkraft und Reibungszahl ber dem gesamten Messbereich besteht. Diese Norm gilt fr Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Fr die Anwendung in der allgemeinen Industrie gilt DIN EN ISO 16047. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teil
14、weise 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 letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN 20273, Mechani
15、sche Verbindungselemente; Durchgangslcher fr Schrauben DIN EN ISO 4759-3, Toleranzen fr Verbindungselemente Teil 3: Scheiben fr Schrauben und Muttern Produktklassen A, C und F DIN EN ISO 16047, Verbindungselemente Drehmoment/Vorspannkraft-Versuch DIN ISO 5855-1, Luft- und Raumfahrt MJ-Gewinde Allgem
16、eine Anforderungen DIN ISO 7913, Luft- und Raumfahrt Verbindungselemente Form- und Lagetoleranzen fr Schrauben LN 9163-1, Luft- und Raumfahrt Metrisches ISO Gewinde Grundabmae und Toleranzen ISO 3161, Aerospace UNJ threads General requirements and limit dimensions 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses
17、Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Vorspannkraft F auf den Schraubenschaft wirkende axiale Zugkraft oder auf die verspannten Teile wirkende Druckkraft whrend des Anziehens DIN 65946:2017-07 5 3.2 Anziehdrehmoment T Drehmoment, das auf eine Mutter oder eine Schraube whrend des Anziehens wir
18、kt; es ergibt sich aus dem Gewindedrehmoment und dem Reibungsmoment in der bei der Montage gleitenden Auflageflche 3.3 Gewindemoment TthDrehmoment, das ber die gepaarten Gewinde auf den Bolzenschaft wirkt 3.4 Reibungsmoment an der Auflageflche TbDrehmoment, das beim Verschrauben ber die gleitenden A
19、uflageflchen auf die verspannten (Zug- und Druck belasteten) Teile wirkt 3.5 Klemmmoment durch Verformung des Mutterngewindes Tclauf Mutter oder Schraube aufzubringendes Moment, um die Drehbewegung der beiden Teile zueinander aufrechtzuerhalten, wobei die Schraubverbindung nicht unter axialer Vorspa
20、nnkraft steht und der Klemmbereich der Mutter die Schraube voll erfasst Anmerkung 1 zum Begriff: Aus produkthaftungsrechtlichen Grnden darf der bisher verwendete Begriff Sicherungs-moment“ nicht mehr verwendet werden und wird durch den nunmehr eingefhrten Begriff Klemmmoment ersetzt. Der Grund dafr
21、ist, dass es sich bei dem Klemmteil um eine Verliersicherung handelt und nicht um eine Sicherung in dem Sinne, dass die Vorspannkraft erhalten bleibt. 4 Formelzeichen (in Anlehnung an DIN EN ISO 16047) d Gewindenenndurchmesser d2Flankendurchmesser des Schraubengewindes d4Durchmesser des Durchgangslo
22、chs der Versuchseinrichtung dbKugelbunddurchmesser dhDurchmesser des Durchgangsloches der Scheibe oder der Auflageplatte (Nennwert) dwAuendurchmesser der Kopf- oder Mutterauflage DKmMittlerer errechneter Durchmesser fr das Reibungsmoment in der Schraubenkopf- oder Mutterauflage DKmeffWirksamer gemes
23、sener Durchmesser fr das Reibungsmoment in der Schraubenkopf- oder Mutterauflage F Vorspannkraft, allgemein DIN 65946:2017-07 6 T Anziehdrehmoment TthGewindemoment TbReibungsmoment an der Auflageflche Tcl Klemmmomemt P Gewindesteigung thReibungszahl im Gewinde bReibungszahl an der Mutter- oder Kopfa
24、uflage tot Gesamtreibungszahl 5 Grundlagen des Verfahrens Die Verbindungen werden bei Raumtemperatur durch Aufbringen eines Anziehdrehmoments stetig vorgespannt. Das Anziehdrehmoment setzt sich aus den Anteilen der Gewindemomente und dem Auflagereibmoment zusammen, siehe Gleichung (1): = th+ b(1) In
25、 das Gewindemoment flieen die drei Anteile Hubarbeit, Reibarbeit sowie die Arbeit zur berwindung der Klemmmomente ein. Die ersten beiden Anteile sind abhngig von der Vorspannkraft, das Klemmmoment ist davon jedoch unabhngig und wird als Konstante angenommen. Im elastischen Verformungsbereich besteht
26、 weiterhin bei konstanten Reibungszahlen und konstanten Geometrieparametern zwischen dem Anziehdrehmoment und der Vorspannkraft ein linearer Zusammenhang. Fr Schraubenverbindungen mit metrischem ISO-Gewinde nach LN 9163-1, metrischem MJ-Gewinde nach DIN ISO 5855-1 und ISO Inch-Gewinde nach ISO 3161
27、ergibt sich nach Gleichung (2) somit fr das gesamte Gewindemoment folgende mathematische Beziehung: th= (0,159 + 0,577 2 th) + cl(2) Das Auflagereibmoment Tb ist ebenfalls von der Vorspannkraft linear abhngig, dieses ergibt sich aus Gleichung (3) zu: b= Km2 b(3) Setzt man nunmehr die Anteile fr die
28、Gewindereibung und die Kopfreibung zusammen, ergibt sich die Gleichung (4) fr das Anziehdrehmoment: = 0,159 + 0,577 2 th+Km2 b + cl(4) Dabei ist DKm der Auflagereibdurchmesser.Sofern die jeweiligen Auflagedurchmesser berechnet werden sollen, sind die Gleichungen (5) bis (9) zu verwenden. DIN 65946:2
29、017-07 7 In den folgenden Gleichungen (5) bis (9) ist dhder Durchmesser des Durchgangslochs der Scheibe oder der Auflageplatte entsprechend Bild 1. Bild 1 Durchmesser des Durchgangslochs der Scheibe oder der Auflageplatte Der Durchmesser fr das Reibungsmoment in der Schraubenkopf- bzw. Mutterauflage
30、 berechnet sich fr eine ebene Auflageflche nach folgender Gleichung (5): Km=23 w3h3w2h2 (5)1)Bild 2 Senkkopf Die Gleichung (5) gilt bei ebener und senkrecht zur Schraubenachse liegender Auflageflche unter Bercksichtigung der Form- und Lagetoleranzen nach DIN ISO 7913. In anderen Fllen, (z. B. bei au
31、entragenden Flanschschrauben), ist DKmzwischen Hersteller und Anwender zu vereinbaren. Fr Senkkpfe2)(siehe Bild 2) muss Gleichung (5) noch mit dem Faktor 1/(cos (90 / 2) multipliziert werden. Dabei ist der Senkkopfwinkel. Fr Senkkpfe ist Gleichung (6) anzuwenden: Km=23 cos(90 2) w3h3w22 (6)1)Kugelbu
32、ndauflageflchen2)werden nach folgender Gleichung (7) berechnet: = b3w2h2 hb +hb1 h2b2wb 1 w2b2 (7) 1)Hierbei ist zu beachten, dass die Winkel im Bogenma anzusetzen sind, siehe Bild 3. 1) Quelle: Kellermann R. und Klein H. Ch. (1955) Untersuchungen ber den Einfluss der Reibung auf Vorspannung und Anz
33、ugsmoment von Schraubenverbindungen. Konstr. Masch. Appar. Gertebau 7: 54 68 2) Siehe hierzu auch 6.2 und 7.3 DIN 65946:2017-07 8 Bild 3 Kugelbund Zur korrekten Bestimmung des wirksamen Radius 1/2 Kmeffist der nach der Messung der sichtbare Auflagenabdruck heranzuziehen. Bestimmung der Reibungszahle
34、n Um die allgemeinen Reibungsbedingungen ohne Bezug auf die Form und Abmessung der Verbindungs-elemente beschreiben zu knnen, ist es zweckmig, die unterschiedlichen Reibungszahlen zu ermitteln Die Reibungszahl ist eine dimensionslose Zahl, die aus gemessenen physikalischen Eigenschaften berechnet wi
35、rd und von der Art und der Geometrie der in Kontakt stehenden Oberflchen abhngt. Die Bestimmung der reinen Gewindereibungszahlen erfolgt mit der nach Umformung von Gleichung (2) entstandenen Beziehungen fr die Reibung im Gewinde nach Gleichung (8), th= (thcl)/ 0,159 0,577 2(8) und in der Auflageflch
36、e von Schraubenkopf oder Mutter basierend auf Gleichung (3) nach Gleichung (9). b= 2 bKm (9) Wenn die Prfvorrichtung (siehe Abschnitt 8) die getrennte Erfassung von Tthund Tbnicht zulsst, kann eine nur bedingt aussagekrftige Vergleichsreibungszahl basierend auf Gleichung (4) nach Gleichung (10) tot=
37、 ( cl)/ 0,159 0,577 2+ Km2(10) berechnet werden, die ausschlielich dem Vergleich des Gesamtreibungsverhaltens dient, nicht jedoch im Berechnungsgang fr die Auslegung von Schraubenverbindungen zu verwenden ist. Dabei wird nmlich vorausgesetzt, dass thund bgleich gro sind. Die Prfergebnisse werden dur
38、ch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Deshalb werden fr die Versuchsdurchfhrung Mindestanforderungen festgelegt, um diese Einflsse kontrollieren zu knnen. DIN 65946:2017-07 9 6 Messeinrichtung 6.1 Prfstand 6.1.1 Prfstand mit Mehrfachkalibrierung Der Prfstand muss in der Lage sein, automatisch
39、 ein Drehmoment und eine Drehung entweder in die Mutter oder in den Schraubenkopf einzuleiten. Er muss mit Messsensoren ausgerstet sein, die die Messgren T, Tth, Tb, Tclund F auf 2 % des Messwertes aufnehmen knnen, sofern nichts anderes vereinbart ist. Die Winkelmessung muss auf 2 oder 2 % des gemes
40、senen Wertes erfolgen, wobei der jeweils grere Wert gilt. Die Ergebnisse sind elektronisch aufzuzeichnen. 6.1.2 Prfstand mit Normalbereichskalibrierung Wie unter 6.1.1; jedoch ist die Messgre Tclnicht auf einen Wert von 2 % eingeschrnkt. Bei Annahmeprfungen sind die Prfvorrichtung und Prfbedingungen
41、 zwischen den beteiligten Stellen abzustimmen, weil die Prfvorrichtung ber ihre Nachgiebigkeit einen wesentlichen Einfluss auf das Prfergebnis hat. Im Schiedsfall drfen nur Reibungszahlen verglichen werden, die mit Gerten der gleichen Bauart, mit gleichen Gegengewinden und mit gleichen Gegenlagen be
42、stimmt wurden. 6.2 Prinzipieller Versuchsaufbau Der Versuchsaufbau muss einer Kombination von Vorspannkraft und Reibungsdrehmoment in der Auflageflche standhalten, ohne dass messbare bleibende Verformungen oder Verschiebungen auftreten. Bild 4 zeigt die grundlegenden Anforderungen an den Versuchsauf
43、bau. DIN 65946:2017-07 10 Prfung der Mutter Prfung der Schraube Legende 1 Referenzauflageplatte, Referenzunterlegscheibe oder festgelegte Unterlegscheibe, Einbaurichtung der Scheibe beachten, konkave (hohle“) Seite zur Versuchseinrichtung hin. 2 Versuchsmutter 3 Referenzschraube 4 Versuchseinrichtun
44、g (verspannte Teile) 5 Versuchsschraube 6 Referenzmutter LcKlemmlnge LtLnge des Gewindeauslauf bis zur Mutternauflage aDie Referenzauflage oder die Referenzunterlegscheibe sowie der Schraubenkopf oder die Mutter mssen gegen Verdrehung gesichert und axial ausgerichtet sein. bLtsollte mindestens 1 d s
45、ein, wenn bis zur Streckgrenze oder bis zum Bruch angezogen wird cBohrungsdurchmesser d4muss mindestens DIN EN 20273: Reihe fein, entsprechen Bild 4 Versuchsaufbau bzw. -einbau der Referenzteile Fr Schrauben mit Senkkopf oder Rundkopf ist eine weitere Referenzscheibe oder Platte entsprechend Bild 5
46、unter dem Schraubenkopf zu verwenden. DIN 65946:2017-07 11 Kopfscheibe fr Senkkopf Rundkopf mit Bohrungsdurchmeser d4cLegende 1 Kopfscheibe cBohrungsdurchmesser d4muss mindestens DIN EN 20273: Reihe fein, entsprechen Bild 5 Versuchsaufbau mit Kopfscheibe 7 Durchfhrung 7.1 Allgemeines Fr jede Prfung
47、sind neue Teile (Schraube, Mutter, Gegenlage) zu verwenden. Die Festigkeitsklassen von Schraube und Mutter mssen aufeinander abgestimmt sein und sind nach Absprache zwischen Hersteller und Anwender zu definieren. Bei der Untersuchung von Schmierstoffen im Hinblick auf das Anziehverhalten knnen besti
48、mmte Prfkrper vorgeschrieben und fr mehrfaches Anziehen zugelassen werden. In diesem Falle sind Schraube, Mutter und Gegenlage als Referenzstcke zu definieren. Alternativ zu den nachfolgend beschriebenen Bedingungen, knnen zwischen Hersteller und Anwender abweichende Prfbedingungen definiert werden bzw. sind bereits in den Produktstandards oder Technischen Lieferbedingungen definiert. 7.2 Einbaubedingungen Die zu untersuchende Sc
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