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2017 | Buch

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Numerische Auslegung von Wälzlagern

verfasst von: Dr. Hung Nguyen-Schäfer

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Dieses Buch beschreibt die numerische Auslegung von Wälzlagern in verständlicher Weise. Dabei werden unterschiedliche interdisziplinäre Arbeitsfelder behandelt, wie z.B. die Hertzsche Kontakttheorie, die Elastohydrodynamik (EHD) für sehr dünne Schmierfilmdicken, Wälzlagerkinematik, Tribologie der Oberflächenstrukturen, Materialermüdung oder die Lebensdauer der Wälzlager und Schmierfette (-öle) anhand der Weibull-Verteilung. Weitere Themen sind Lagerversagensmechanismen, das Rotorauswuchten und induzierte Lärmverminderung (NVH Noise, Vibration, Harshness) in Wälzlagern. Darüber hinaus findet der Leser viele wichtige Formeln nach DIN/ISO-Normen, die für die numerische Auslegung von Wälzlagern sehr hilfreich sind. Das Buch fördert das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den genannten Themen und ermöglicht so eine effizientere Auslegung von Wälzlagern für die Automobilentwicklung und andere Industriezweige.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Grundlagen von Wälzlagern

Zusammenfassung

Im Gegensatz zu einem Standardlehrbuch, in dem allgemeine Grundlagen über Wälzlager behandelt werden, liegt der Fokus in diesem Buch auf der numerischen Auslegung von Wälzlagern, im Besonderen von Rillenkugel- und Zylinderrollenlagern für die Automobilindustrie. Daher werden die zum Verständnis unbedingt notwendigen Grundlagen nach dem Motto „je kürzer, desto besser“ behandelt. Einige Themen wie die technische Konstruktion der verschiedenen Lagertypen werden deshalb absichtlich nicht diskutiert. Der interessierte Leser kann diese in der einschlägigen Literatur, z. B. [1–3], finden.

Hung Nguyen-Schäfer

2. Auslegung von Wälzlagern

Zusammenfassung

Zur Auslegung von Wälzlagern für rotierende Maschinen wie Elektromotoren, Abgasturbolader und Flugzeugtriebwerke werden die folgenden Schritte durchgeführt.

Hung Nguyen-Schäfer

3. Kontaktspannungen in Wälzlagern

Zusammenfassung

Die Hertzsche Pressung (Normalspannung) in der Kontaktzone zwischen den Wälzelementen und Laufbahnen verursacht eine elastische Deformation der Kontur des Wälzelements in der Hertzschen Kontaktzone (vgl. Abb. 3.1).

Hung Nguyen-Schäfer

4. Schmierfilmdicken in Wälzlagern

Zusammenfassung

Zur Schmierung von Wälzlagern wird entweder Öl oder Fett verwendet. Schmierfett besteht aus einer schwammartigen Matrix aus Seife, in der das zur Schmierung benötigte Öl eingelagert ist. Durch die Zentrifugalkraft (Fliehkraft) beim Abrollen wird das eingeschlossene Basisöl aus dem Schmierfett herausgetrieben. Die Menge des ausgetriebenen Öls ist u. a. von der Öltemperatur und der Rotordrehzahl abhängig. Bei einer Fettschmierung wird also nicht das Fett selbst, sondern das herausgetriebene Öl zur Schmierung des Lagers benutzt (vgl. Kap. 5). Hydrodynamische Effekte in der Hertzschen Kontaktzone sorgen dafür, dass der Ölschmierfilm dort mit hohem Druck aufgebaut wird und den Rotor im Betrieb gegen die wirkenden Kräfte stabilisiert.

Hung Nguyen-Schäfer

5. Tribologie in Wälzlagern

Zusammenfassung

Tribologie stammt von dem griechischen Wort tribos, das Reibung bedeutet. Sie befasst sich mit den tribologischen Phänomenen, nämlich Schmierung, Reibung und Verschleiß auf gegeneinander bewegten Oberflächen. Die Tribologie hat in den letzten Jahren mehr und mehr an Bedeutung in der Automobilindustrie gewonnen, vor allem wegen Themen wie synthetische Schmieröle, Reibungsreduzierung zur Verbrauchsreduzierung, adhäsiver und abrasiver Verschleiß sowie Verschleißreduzierung in Wälz- und Gleitlagern zur Erhöhung der Lebensdauer.

Hung Nguyen-Schäfer

6. Lebensdauer der Wälzlager

Zusammenfassung

Bei höheren Hertzschen und EHD-Pressungen in der Kontaktzone werden die Wälzelemente und Laufbahnen elastisch deformiert, vgl. Kap. 3 und 4. Sobald das Wälzelement die niedrigste Stelle im Lager und damit den Ort höchster Beanspruchung verlässt, die kehren die Oberflächenkonturen des Wälzelementes und der Laufbahnen zu ihren ursprünglichen Formen zurück. Es ergibt sich also ein zyklischer Wechsel der Konturen zwischen dem elastisch deformierten und dem ursprünglichen unbelasteten Zustand. Nach einer bestimmten Anzahl von Lastwechseln (Lastspielzahl genannt) fällt das Wälzlager wegen Materialermüdung aus. Die Ermüdungslebensdauer des Lagers wird also u. a. durch die Lastspielzahl in Form der Anzahl an Umdrehungen begrenzt.

Hung Nguyen-Schäfer

7. Zuverlässigkeitstheorie mit der Weibull-Verteilung

Zusammenfassung

Zur Analyse der Zuverlässigkeit von Produkten spielt die Weibull-Verteilung eine Schlüsselrolle im industriellen Umfeld. Im Folgenden werden zunächst die Theorie der Weibull-Verteilung und die zu ihrer Beschreibung relevanten Parameter diskutiert. Diese Kenntnisse sind wichtige Grundlagen für die Analyse der Zuverlässigkeit von Wälzlagern bei einer vorgegebenen Überlebenswahrscheinlichkeit in Testfeldern.

Hung Nguyen-Schäfer

8. Lagerreibung und Versagenmechanismen

Zusammenfassung

Das Gesamtreibmoment auf das Lager entsteht aus den Lagerbelastungen, der viskosen Reibung und der durch die Lagerdichtlippen verursachten Reibung.

Hung Nguyen-Schäfer

9. Rotorauswuchten und NVH in Wälzlagern

Zusammenfassung

Durch Fertigungsprozesse des Rotors entsteht die sog. Urunwucht, d. h. aufgrund unsymmetrischer Massenverteilung liegt der Schwerpunkt des Rotors nicht exakt auf der Rotationsachse. Je nach der Lage des Rotors auf der Rotationsachse entstehen während der Rotation Unwuchtkräfte bzw. Unwuchtmomente. Die großen Unwuchtkräfte und -momente verursachen entsprechend große Rotorauslenkungen. Diese können zu Lagerverschleiß, Lagerausfall und sogar zum Kontakt zwischen Rotor und Stator führen. Darüber hinaus ist die Urunwucht für das Auftreten des sog. Unwuchtpfeifens verantwortlich. Das Unwuchtpfeifen ist eine Geräuschart in rotierenden Maschinen, die durch Luftschall übertragen wird und deren Frequenz mit der Rotordrehzahl synchronisiert.

Hung Nguyen-Schäfer

Backmatter

Titel: Numerische Auslegung von Wälzlagern
verfasst von: Dr. Hung Nguyen-Schäfer
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-54989-6
Print ISBN: 978-3-662-54988-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-54989-6

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