Berücksichtigung der Schmierstoffhydrodynamik und der Käfigverformung in der Wälzlagerdynamiksimulation unter hohen Zentripetalbeschleunigungen
Zusammenfassung
Zusammenfassung
In vielen technischen Anwendungen ist zur Verbesserung der Energieeffizienz die Reibung in Wälzlagerungen zu reduzieren. Wälzlager, die hohen Zentripetalbeschleunigungen ausgesetzt sind, können eine stark erhöhte Reibung an den Käfigkontakten aufweisen, da der bordgeführte Käfig gegen den Außenring gedrückt und verformt wird. Zur gezielten Entwicklung neuer reibungsarmer Lagerlösungen ist in solchen Anwendungsfällen sowohl die Schmierstoffhydrodynamik in den Käfigkontakten als auch die Käfigelastizität in der Wälzlagerdynamiksimulation zu berücksichtigen. Die Berücksichtigung der Schmierstoffhydrodynamik erfolgt mit Hilfe analytischer Berechnungsansätze differenziert für jeden Käfigkontakt. Die Kontaktberechnung bleibt damit weiterhin recheneffizient, numerisch stabil und für die Dynamiksimulation von Wälzlagern geeignet. Eine Umsetzung dieses Ansatzes erfolgt im Wälzlagerdynamiksimulationsprogramm CABA3D. Eine ausreichend hohe Genauigkeit der hy...
Schlagworte
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- I–XVI
- 1–5 1 Einleitung 1–5
- 1.1 Motivation
- 1.2 Problemstellung
- 1.3 Aufgabenstellung und Aufbau der Arbeit
- 6–18 2 Stand der Forschung 6–18
- 2.1 Wälzlagerdynamiksimulation
- 2.1.1 2D-Modelle
- 2.1.2 3D-Modelle
- 2.2 Kontakt- und Reibungsberechnungsmethoden
- 2.3 Berücksichtigung der Schmierstoffhydrodynamik in den Käfigkontakten
- 2.4 Berücksichtigung elastischer Käfigverformungen
- 2.5 Handlungsbedarf
- 19–48 3 Theoretische Grundlagen 19–48
- 3.1 Reibung im Wälzlager
- 3.1.1 Reibungsanteile
- 3.1.2 Reibungszustände
- 3.2 Schmierung im Wälzlager
- 3.2.1 Schmierstoffeigenschaften
- 3.2.1.1 Viskosität
- 3.2.1.2 Rheologie
- 3.2.2 Schmierungstheorie
- 3.2.2.1 Die REYNOLDSsche Differenzialgleichung
- 3.2.2.2 Gleitlagertheorie
- 3.2.2.3 Elastohydrodynamische Schmierung
- 3.3 Kinematik im Wälzlager
- 3.3.1 Geschwindigkeiten und Drehzahlen
- 3.3.2 Schränken und Axialschub
- 3.3.3 Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge
- 49–81 4 Methodik zur Berücksichtigung der Hydrodynamik in d en Käfigkontakten 49–81
- 4.1 Kontaktmodelle
- 4.1.1 Käfig/Ring-Kontaktmodell
- 4.1.1.1 Kontaktberechnung an den Käfigführungsflächen
- 4.1.1.2 Kontaktberechnung an den Käfigstegen
- 4.1.2 Käfig/Wälzkörper-Kontaktmodell
- 4.1.2.1 Käfig/Wälzkörpermantel-Kontakt
- 4.1.2.2 Käfig/Wälzkörperstirnfläche-Kontakt
- 4.1.3 Käfig/Käfig-Kontaktmodell
- 4.2 Abgleich mit dem Gleitlagerprogramm COMBROS
- 4.2.1 Druckverlauf und Reibung am Käfigstirnring
- 4.2.2 Druckverlauf am geteilten Käfigstirnring
- 4.2.3 Einfluss der Käfigstege
- 82–100 5 Methodik zur Berücksichtigung der Käfigelastizität 82–100
- 5.1 Vorbereitung der Eingangsdateien
- 5.2 Käfig/Ring-Kontakt
- 5.2.1 Geometrierückführung und Kontaktberechnung
- 5.2.2 Kraftrückgabe
- 5.3 Abgleich mit AVL ExciteTM
- 5.3.1 Schmierfilmhöhe und Druckverlauf an der elastischen Käfigführungsfläche
- 5.3.2 Benötigte Moden- und Kontaktknotenanzahl
- 5.3.3 Vergleich zwischen starrer und elastischer Kontaktb erechnung
- 5.4 Plausibilitätsprüfung des Käfigreibungsmoments
- 101–138 6 Einfluss der Berechnungsmethodik auf die Lagerdynam ik 101–138
- 6.1 Anwendungsbeispiel Pleuellager
- 6.2 Einfluss der Schmierstoffhydrodynamik auf die Lager dynamik
- 6.2.1 Gesamtlagerreibung
- 6.2.2 Käfigkinematik
- 6.3 Elastischer Käfig des Pleuellagers
- 6.4 Einfluss der Käfigelastizität auf die Lagerdynamik
- 6.4.1 Gesamtlagerreibungsmoment
- 6.4.2 Käfigkinematik
- 6.4.3 Käfigverformung
- 6.5 Einfluss der Elastohydrodynamik auf die Lagerdynami k
- 6.5.1 Gesamtlagerreibungsmoment
- 6.5.2 Käfigkinematik
- 6.5.3 Käfigverformung
- 6.6 Diskussion der Berechnungsmethoden
- 139–140 7 Zusammenfassung und Ausblick 139–140
- 141–143 8 Anhang 141–143
- 8.1 Rauheit von Wälzlagern
- 8.2 Richtwerte zur Reibungszahl m
- 8.3 Viskosität des Schmierstoffs
- 144–160 9 Literaturverzeichnis 144–160
