Berechnung von Vierpunkt-Großwälzlagern mittels eines Mehrkörpersimulationsansatzes unter Berücksichtigung der Lagerringverformung

Typ: Fortschritt-Berichte VDI
Erscheinungsdatum: 06.12.2018
Reihe: 1
Band Nummer: 447
Autor: M.-Eng. Stephan Ritzer
Ort: Rennertshofen
ISBN: 978-3-18-344701-5
ISSN: 0178-949X
Erscheinungsjahr: 2018
Anzahl Seiten: 144
Anzahl Abbildungen: 127
Anzahl Tabellen: 32
Produktart: Buch (paperback, DINA5)

Produktbeschreibung

Kurzfassung

Die Berechnung von Vierpunkt-Großwälzlagern erfolgt heutzutage mit Berechnungsverfahren nach DIN Normen, die in der Regel für kleinere Standardwälzlager entwickelt wurden. Zur Berücksichtigung der Unterschiede, die zwischen einem Vierpunkt-Großwälzlager und einem Standardwälzlager vorliegen, werden üblicherweise pauschale Abminderungsfaktoren verwendet. Diese haben aber oftmals eine Überdimensionierung des Wälzlagers zur Folge. Zu Beginn der Arbeit werden die Berechnungsansätze zur Bestimmung der statischen Tragfähigkeit, der Steifigkeit, der Lebensdauer und des Reibmomentes für den speziellen Anwendungsfall „Vierpunkt-Großwälzlager“ näher betrachtet. Dabei zeigt sich, dass Berechnungsansätze, die die einzelnen Wälzkörperkräfte berücksichtigen, besser für Vierpunkt-Großwälzlager geeignet sind als die heutzutage üblichen Standardberechnungsverfahren. Die Ermittlung der exakten Wälzkörperkräfte ist jedoch in diesen Ansätzen die größte Schwierigkeit, da die Verformungen der Lagerringe, die unter einer Belastung entstehen, beachtet werden müssen. Zur Berechnung der Wälzkörperkräfte gibt es bereits iterative Rechenansätze, die jedoch nur mit sehr großem Aufwand die Verformung der Lagerringe berücksichtigen.

Inhaltsverzeichnis
Formelverzeichnis VII
Kurzfassung XIII
Abstract XIV
1 Einleitung 1
1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Einsatzfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Literatur zum heutigen Stand der Forschung . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Analyse und grundlegende Betrachtungen 11
2.1 Eingesetzter Prüfaufbau zur Analyse der Berechnungsverfahren . . 12
2.2 Hertz’sche Theorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 Statische Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4 Lagersteifigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4.1 Einfluss der Lagerringverformung auf die Lagersteifigkeit . 20
2.4.2 Versuchsergebnisse zur Nachgiebigkeit des Großwälzlagers .. 24
2.5 Lagerlebensdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.6 Lagerreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6.1 Stand der Technik zur Berechnung des Reibmomentes . . . 27
2.6.2 Versuchsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.6.3 Analyse der Berechnung des Reibmomentes . . . . . . . . 31
2.6.4 Herleitung eines Berechnungsmodells basierend auf den ein- . 33
zelnen Wälzkörperbelastungen
2.7 Iterativer Berechnungsansatz zur Ermittlung der Wälzkörperkräfte . 36
3 Entwicklung des Simulationsansatzes 42
3.1 Aufbau der Simulation mittels Mehrkörpersimulation . . . . . . . 44
3.1.1 Simulation des Steifigkeitsverhaltens am Wälzkontakt . . . 45
3.1.2 Geometrische Kontur der Lagerringe und Wälzkörper . . . 48
3.1.3 Berücksichtigung der Elastizität der Lagerringe . . . . . . 49

3.1.4 Berücksichtigung der Änderung der Lage des Kontaktpunk- . 52
tes Wälzkörper zur Laufbahn
3.2 Berechnungsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3 Allgemeine Betrachtungen der Verformungen der Lagerringe . . . 56
3.4 Vier-Kugel-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.4.1 Erarbeitung der Anzahl und Lage der Masterpunkte . . . . 65
3.4.2 Vergleich der Simulationsergebnisse . . . . . . . . . . . . 72
3.5 Vereinfachtes Lagermodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.6 Numerische Stabilisierung der Wälzkörper durch Federelemente . 79
3.7 Auswertung der Wälzkörperbelastungen . . . . . . . . . . . . . . 80
3.8 Simulation Großwälzlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.8.1 Anbindung und Berücksichtigung der Anschlusskonstruktion . 83
3.8.2 Bestimmung der simulationstechnischen Parameter . . . . 85
3.8.3 Anbindung der Krafteinleitung . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.8.4 Simulation des Steifigkeitsverhaltens . . . . . . . . . . . . 88
3.8.5 Simulation der Wälzkörperkräfte . . . . . . . . . . . . . . 91
4 Gesamtsimulation am Praxisbeispiel 93
4.1 Beschreibung des Praxisbeispiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.2 Bestimmung der Simulationsparameter . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.3 Aufbau, Durchführung und Validierung der Simulation . . . . . . 98
4.4 Anwendung der Wälzkörperkräfte auf lagerrelevante Berechnungen . 100
5 Zusammenfassung und Ausblick 111
Anhang 115
A Abmessungen Blattlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
B Theoretische Berechnung der Lagerringverschiebung . . . . . . . . . 116
C Reibmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
D Großwälzlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
E Mittlerer Steifigkeitsfaktor am Wälzkontakt . . . . . . . . . . . . . . 120
Literaturverzeichnis 121

Keywords: Vierpunkt-Großwälzlager, Kugeldrehverbindung, Simulation von Wälzkörperkräften, Mehrkörpersimulation, Vierpunkt-Großwälzlager, Kugeldrehverbindung, Simulation von Wälzkörperkräften, Mehrkörpersimulation

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