Radialgleitlager
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Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-01 Funktion und Wirkung von Gleitlagern • Eigenschaften – Relativbewegung zwischen Welle und Lagerschale – Flüssigkeit, Gas oder Fett 1) Welle 2) Lagerschale als Zwischenmedium 3) Axiallagerring 4) Laufring • Bauart Radiallager F : Lagerkraft b : Breite d : Durchmesser h0: Schmierfilm w : Winkelgeschwindigkeit – Axiallager – Radiallager • Typ – hydrostatisch • externe Druckquelle – hydrodynamisch • Druckaufbau durch Gleitbewegung Johann Lodewyks Axiallager 1 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-03 Gleitflächen und Schmierfilm • Eigenschaften – a) Gleitflächen im Stillstand • Festkörperreibung m > 0,3 • Verschleiß – b) Gleitflächen bei Relativbewegung • Flüssigkeitsreibung m = 0,005 ... 0,001 • kein Verschleiß – Schmiermittel • Druckaufbau durch Pumpe oder Bewegungsenergie • Austausch für Wärmeabfuhr und Säuberung 1) Welle 2) Lagerschale 3) Schmierfilm 4) Abrieb Rz : gemittelte Rautiefe Wt : Welligkeit Reibungszahl m FR [-] F Johann Lodewyks 2 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-03 Gleitflächen und Schmierfilm • Oberflächengüte – geringe Rautiefe => dünner Schmierspalt – großer Traganteil Johann Lodewyks 3 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-04 Geschwindigkeitsverteilung bei parallelen Gleitflächen 1) Welle 2) Lagerschale 3) Schmierfilm • Eigenschaften – Druckdifferenz Null – Schubspannung nach Newton konstant – lineare Geschwindigkeitsverteilung Ft A [N] Scherkraft [m^2] benetzte Fläche u [m/s] Gleitgeschwindigkeit v [m/s] mittlere Geschwindigkeit h [m] Spalthöhe [N s/m^2] dynamische Viskosität p [N/m^2] Druck [kg/m^3] Dichte Schubspannung kinematische Viskosität Johann Lodewyks Ft u A h [ N ] 2 m 2 [ m s ] 4 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-05 Hydrodynamischer Keilspalt • Eigenschaften – Verengung in Bewegungsrichtung – mittlere Geschwindigkeit v ~ 1 / (t+h0) – Randgeschwindigkeiten v(2) = u v(1) = 0 – Druckverlauf p(0) = p(l) 1) ruhende Gleitfläche 2) bewegte Gleitfläche 3) Schmierfilm p [N/m^2] Druckverlauf u [m/s] Gleitgeschwindigkeit h0 [m] Spalthöhe pL [N/m^2] mittlerer Druck v [m/s] mittlere Fliessgeschwindigkeit t [m] Keiltiefe K [rad] Keilneigungswinkel l [m] Keillänge p max [N/m^2] maximaler Druck Johann Lodewyks 5 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-06 Radialgleitlager – Eigenschaften • Anlaufverhalten – Abrollen bei Festköperreibung – Aufbau eines hydrodynamischen Spaltes und Übergang zu Flüssigkeitsreibung – Lage der Welle abhängig von Last und Drehzahl – Exzentrizität Null bei n = unendlich Lagerspiel s Exzentrizität e dL dW s 2 h0 [m] [m] F [N] Lagerkraft n [U/min] Drehzahl dW [m] Wellendurchmesser dL [m] Lagerdurchmesser [rad] Verlagerungswinkel der kleinsten Spalthöhe Johann Lodewyks 6 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-07 Druckverteilung im Radiallager – Eigenschaften • konstante Lagerkraft (F) proportional dem Integral des Druckverlaufs (p) • Ölzufuhrnut (E), Ölabfuhrnut (A) Umfangsgeschwindigkeit uw dL dW [m] Lagerspiel s s Exzentrizität e 2 (15.07) relative Exzentrizität h0 e s dw n [ m ] s [m] 1 2 h0 [-] s 2 N [rad] Schmiernutwinkel [rad] Verlagerungswinkel der kleinsten Spalthöhe [rad] Winkel des Druckmaximums [rad] Winkel der Druckzone Johann Lodewyks 7 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-17, Bild 15-18 Reibungszahl flüssiger Medien – Stribeckkurve m(n) – Nenndrehzahl n > nü Reibungszahl m FR [-] F Betriebsverhalten bei konstanter Last: - Anlauf bei niedriger Temperatur (große Viskosität) - Temperaturanstieg im Betriebspunkt - Abbremsen bei hoher Temperatur (kleine Viskosität) Johann Lodewyks [N s/m^2] dynamische Viskosität pL [N/m^2] mittlerer Druck n [U/min] Drehzahl 8 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-15 Dimensionierung von Radiallagern (15.03) relative Lagerbreite b d L. 0 2...1 (15.04) mittlerer Lagerdruck maximaler Druck Sommerfeldzahl pL pmax So F b dL p Lzul [bar] ( 2....10) pL [bar] 0 1....50 Vorteile geringe Viskosität geringe Temperatur geringe Verkantungsgefahr Johann Lodewyks geringe Drücke kleiner Volumenstrom 9 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Tabelle 15-13b Sommerfeldzahl – Vergleichskennzahl für Radiallager • hydrodynamische Ähnlichkeit – Betriebsverhalten • Bereich A – Radialführung zu klein – Gefahr von Wellenschwingungen • Bereich B – stabil • Bereich C – Mischreibgefahr bei zu geringem h0 (15.09) Sommerfeldzahl 2 So (15.05) relatives Lagerspiel 2 p L B F B eff weff b d L eff weff s dL dw dL dL ungefähr dL dw dw [-] Drehwinkelgeschwindigkeit Johann Lodewyks weff 1 [ ] s 2 nw 10 Roloff/Matek Maschinenelemente Gleitlager Bild 15-35 Schiffswellenlager • Aufbau – hydrostatisches Radiallager • zentrale Ölzufuhr – mechanisch vorgespanntes hydrodynamisches Axiallager – zentrales Ölsammelbecken – Umlaufschmierung Johann Lodewyks 11 Roloff/Matek Maschinenelemente Wahl von Gleitlagerwerkstoffen Johann Lodewyks Gleitlager Bild 15-11 12
