close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

Lager und Dichtungen

EinbettenHerunterladen
Lager und Dichtungen
Allgemeines
Gleitlager
Wälzlager
Tragfähigkeit und Lebensdauer
Gestaltung, Schmierung und Abdichtung
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
1
Lernziele
Aufgaben und Arten von Lagern
kennenlernen
Reibung und Schmierung als
Grundproblem bei
Relativbewegung erkennen
Aufbau und Funktion von Gleit
und Wälzlagern kennenlernen
einfache rechnerische
Nachweise für Gleit- Wälzlager
führen
Lagerungen gestalten
Abdichtungen ausführen
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
2
10. Lager und Dichtungen - Inhalt
1.
1.
2.
2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
3.
1.
2.
3.
4.
5.
4.
Allgemeines
Aufgaben und Arten
Reibung und Schmierung
Gleitlager
Grundlagen
Werkstoffpaarungen
Radiallager, Gestaltung und Berechnung
Axiallager, Gestaltung und Berechnung
Reibung und Erwärmung
Sonstige Gleitlager
Wälzlager
Grundlagen
Bauformen
Tragfähigkeit und Lebensdauer
Reibung und Erwärmung
Kosten und Bezugsmöglichkeiten
Gestaltung, Schmierung und Abdichtung
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
Bild: Windrad
Quelle: Lexikon der gesamten Technik (1904) von Otto Lüger
3
10.1 Allgemeines
10.1.1 Aufgaben und Arten - Definition
Lager und Führungen sind Tragelemente mit folgenden
Aufgaben/Anforderungen:
Abstützung und Lagesicherung von Bauteilen mit relativer Bewegung
Aufnahme und Weiterleitung der Abstützkräfte von den sich
bewegenden auf die ruhende Bauteile
Gewährleistung verschleiß- und reibungsarmer Relativbewegungen
und Ableitung der Reibungswärme,
Wartungsarmut oder -freiheit.
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
4
10.1 Allgemeines
10.1.1 Aufgaben und Arten - Freiheitsgrade
Lager
Querlager mit
Längsverschiebbarkeit
Radiallager
Querlager mit
Verhinderung der
Längsverschiebbarkeit
Führung
lineare Führung
Axiallager
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
ebene Führung
1 ... Drehbarkeit
2 ... Verschiebbarkeit
3 ... Querverschiebbarkeit
5
10.1 Allgemeines
Bild: Arten der Relativbewegung
und daraus abgeleitete Arten von
Lager und Führungen
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
Quelle: Fronius: Konstruktionslehre, Antriebselemente
10.1.1 Aufgaben und Arten – Art der Relativbewegung
6
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.1 Allgemeines
10.1.1 Aufgaben und Arten - Lagerfunktion
Arten von Lager in ihrer Hauptfunktion:
Skizzen!
Stützlager
Festlager
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
Loslager
Stützlagerung
7
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.1 Allgemeines
10.1.2 Reibung und Schmierung – Definition Reibung
Reibung ist eine Wechselwirkung zwischen sich berührenden Stoffbereichen von
Körpern. Sie wirkt immer einer Relativbewegung entgegen.
Bei äußerer Reibung sind die sich berührenden Stoffbereiche
verschiedenen Körpern, bei innerer Reibung ein und demselben
Körper zugeordnet.
Die Reibung tritt als Reibungskraft oder Reibungsenergie in
Erscheinung.
Das Verhältnis der Reibungskraft zur wirkenden Normalkraft wird
als Reibungszahl µ bezeichnet
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
8
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.1 Allgemeines
10.1.2 Reibung und Schmierung –Reibungsarten
Skizzen!
Gleitreibung: Bewegungsreibung zwischen Körpern, deren Geschwindigkeiten in der
Berührungsfläche nach Betrag und/oder Richtung verschieden sind.
Rollreibung: Idealisierte Bewegungsreibung zwischen sich punkt- oder linienförmig
berührenden Körpern, deren Geschwindigkeiten in der Berührungsfläche nach Betrag
und Richtung gleich sind und bei der mindestens ein Körper eine Drehbewegung um
eine momentane, in der Berührungsfläche liegende Drehachse vollführt.
Wälzreibung: Rollreibung, der eine Gleitkomponente (Schlupf) überlagert ist.
Bohrreibung. Reibung zwischen sich punktförmig (idealisiert) berührenden Körpern,
deren Geschwindigkeiten in der Berührungsfläche nach Betrag und/oder Richtung
verschieden sind und bei der mindestens ein Körper eine Drehbewegung um eine
senkrecht im Zentrum der Berührungsfläche stehende Achse ausführt
© Dubbel, Springer-Verlag 1999
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
9
10.1 Allgemeines
10.1.2 Reibung und Schmierung - Reibungszustände
Festkörperreibung: Reibung zwischen Stoffbereichen mit
Festkörpereigenschaften in unmittelbarem Kontakt. Anmerkung: Findet die
Reibung zwischen festen Grenzschichten mit modifizierten Eigenschaften,
z.B. Reaktionsschichten statt, so nennt man dies Grenzschichtreibung.
Flüssigkeitsreibung: Reibung im Stoffbereich mit
Flüssigkeitseigenschaften (innere Reibung). Dieser Reibungszustand ist auch
für eine die Festkörper vollständig trennende flüssige Schmierstoffschicht
zutreffend.
Gasreibung: Reibung im Stoffbereich mit Gaseigenschaften (innere
Reibung). Dieser Reibungszustand ist auch für eine die Festkörper
vollständig trennende gasförmige Schmierstoffschicht zutreffend.
Mischreibung: Jede Mischform der Reibungszustände, primär der
Festkörper- und Flüssigkeitsreibung.
© Dubbel, Springer-Verlag 1999
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
10
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.1 Allgemeines
10.1.2 Reibung und Schmierung - Reibungszahlen
0,1...1
0,1...0,2
0,01...0,1
0,001...0,01
0,0001
© Dubbel, Springer-Verlag 1999
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
11
10.1.2 Reibung und Schmierung
Reibungszustände geschmierter Gleitpaarungen
Stribeckkurve (schematisch)
Richard Stribeck
(* 1861 in Stuttgart; † 1950) lehrte
an der TU Dresden und begründete
dort die Arbeiten zur
Zahnradgetriebeforschung.
1902 beschrieb er den
Reibungskoeffizienten in
geschmierten Lagern, die später
nach ihm benannte Stribeckkurve.
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
12
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.1 Allgemeines
10.1.2 Reibung und Schmierung - Verschleiß
Reicht der Schmierfilm nicht aus, um 2 Gleit- oder Wälzpartner vollständig voneinander zu trennen, so tritt Verschleiß auf.
Verschleiß: fortschreitender Materialverlust aus der Oberfläche eines festen
Körpers, hervorgerufen durch mechanische Ursachen
Tribosysteme ohne Schmierung wie z.B. Trockengleitlager, Reibungsbremsen,
Transportanlagen für mineralische Stoffe u. a. unterliegen einem allmählichen
Verschleiß.
tribologische Beanspruchung: Beanspruchung eines festen Körpers durch
Kontakt und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen
Gegenkörpers
Verschleiß äußert sich im Auftreten von losgelösten kleinen Teilchen
(Verschleißpartikel) sowie in Stoff- und Formänderungen der tribologisch
beanspruchten Oberflächenschicht.
In der Technik ist Verschleiß normalerweise unerwünscht. In Ausnahmefällen, wie
z.B. bei Einlaufvorgängen, können Verschleißvorgänge jedoch auch technisch
erwünscht sein.
© Dubbel, Springer-Verlag 1999
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
13
10.1 Allgemeines
10.1.2 Reibung und Schmierung - Schmierstoffe
Schmierstoffe Aufgabe: Reibungs- und Verschleißminderung in
tribologischen Systemen
Arten:
Schmieröle
Schmierfette
Festschmierstoffe
Haupteigenschaften von Schmieröl:
statische und dynamische Viskosität (Maß für innerer Reibung)
Viskositätsindex (Temperaturabhängigkeit)
Dichte
Scherstabilität
Pourpoint (Temperaturgrenze für Fließfähigkeit)
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
14
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.2 Gleitlager
10.2.1 Grundlagen
Wirkungsweise:
Zwei eng geschmiegte Flächen gleiten
aufeinander
Reibungsminderung durch
Oberflächengüte, Werkstoffpaarung oder
Schmierfilm
Schmierfilm:
hydrostatisch
hydrodynamisch
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
15
10.2 Gleitlager
10.2.1 Grundlagen
hydrostatisch geschmiertes Gleitlager:
Schmieröl wird unter hohem Druck (bis 20MPa)
zwischen die Gleitflächen gepresst
damit wird ein ständiger Abstand von wenigen
Hundertstel Millimeter gehalten
auch im Stillstand
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
16
10.2 Gleitlager
10.2.1 Grundlagen – hydrostatische Gleitlager
hydrostatisch geschmiertes Gleitlager, Prinzip:
Quelle: Decker: Maschinenelemente
Legende:
K ... Kammer
D ... Drossel
h ... Schmierspalthöhe
d ... Wellendurchmesser
B ... Lagerbreite
Radiallager
Axiallager
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
17
10.2 Gleitlager
10.2.1 Grundlagen – hydrodynamische Gleitlager (1)
hydrodynamisch geschmiertes Gleitlager:
tragender Schmierfilm bildet sich relative Bewegung beider
Gleitflächen
Gleitflächen müssen keilförmig angestellt sein.
Quelle: Decker: Maschinenelemente
gekrümmte Gleitflächen
gerade Gleitflächen
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
18
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.2 Gleitlager
10.2.1 Grundlagen – hydrodynamische Gleitlager (2)
Quelle: Decker: Maschinenelemente
hydrodynamisch geschmiertes Gleitlager – Zapfenlage und Reibwert:
Stillstand
MR
Anlauf
MR
Nennbetrieb
FR
n=h
FR
Diagramm!
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
19
10.2 Gleitlager
10.2.1 Grundlagen – hydrodynamische Gleitlager (3)
Quelle: Decker: Maschinenelemente
hydrodynamisch geschmiertes Gleitlager – Mehrflächenlager:
Zweiflächenlager
mit Zitronenspiel
Vierflächenlager
Dreiflächenlager
Fünfflächenlager
für eine Drehrichtung
Legende:
K ... Keillänge
R ... Raststrecke
N ... Nutbreite
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
20
10.2 Gleitlager
10.2.1 Grundlagen – hydrodynamische Gleitlager (4)
Gleitführung
Quelle: Decker: Maschinenelemente
Gleitlager in
Mehrflächenausführung:
Legende:
K ... Keillänge
R ... Raststrecke
N ... Nutbreite
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
21
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.2 Gleitlager
10.2.1 Grundlagen – hydrodynamische Gleitlager (5)
Hydrodynamische Gleitlager müssen ständig mit
Schmierstoff versorgt werden!
Schmiernuten und -taschen im Gleitspalt
Schmiernuten zur Verteilung
Schmiertaschen zur örtlich richtigen
Schmierstoffzufuhr (Bild 1)
Bild 1:
Schmiertaschenanordnung
Quelle: Dubbel
kontinuierliche Schmierstoffzuführung
Losringschmierung
kontinuierliche Verlustschmierung (Bild 2)
Bild 2: kontinuierliche
Dochtöler
Tropföler
Fettzufuhr
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
22
10.2 Gleitlager
10.2.2 Werkstoffpaarungen
Wellenwerkstoff
Gleitfläche, welche sich relativ zur Last bewegt, sollte 3 bis 5 mal so hart
sein wie der Lagerwerkstoff
Günstig: Einsatzstähle, oberflächengehärtete Stähle
ungünstig: austenitische Stähle
Lagerwerkstoff
Blei-Lagermetalle
Zinn-Lagermetalle
Kupferlegierungen
Es gibt keinen idealen Lagerwerkstoff durch gegenläufige Eigenschaften.
Auswahl nach den Anforderungen wie Notlaufeigenschaft,
Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit ... -> Übersicht
weicher Lagerwerkstoff oft auf Stahlstützring (Verbundlager)
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
23
10.2 Gleitlager
Quelle: Niemann, Maschinenelmente Bd 1
10.2.2 Werkstoffpaarungen
Übersicht: Eigenschaften der Gleitlagerwerkstoffe (1 sehr gut ... 5 mangelhaft)
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
24
10.2 Gleitlager
10.2.3 Radiallager, Gestaltung
Quelle: Decker: Maschinenelemente
Massivlagerbuchsen nach DIN ISO 4369-1
a) ohne Bund
b) mit Bund für zusätzliche axiale
Wellenfixierung
gerollte Buchsen DIN 1498/DIN 1499
(Verbundbuchse)
Einspannbuchsen DIN 1498
für stehendes Außenteil
Aufspannbuchsen DIN 1499
für stehenden Wellenzapfen
Formen:
Form G: gerader Schlitz
Form P: pfeilförmiger Schltz
Form S: schräger Schlitz
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
25
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.2 Gleitlager
10.2.3 Radiallager, Berechnung (1)
Spezifische Lagerbelastung
mit:
pm = F/(D*B)
F ... Lagerbelastung
D ... Lagerdurchmesser
B ... Lagerbreite
D·B … projezierte Fläche
P = F*µ*vG
Reibleistung (Verlustleistung)
mit:
F ... Lagerbelastung
µ ... Reibwert
vG ... Gleitgeschwindigkeit
... Winkelgeschwindigkeit
n ... Drehzahl
= 2· ·n
vG
D
2
Reibleistung = abzuführender Wärmestrom
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
26
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.2 Gleitlager
10.2.3 Radiallager, Berechnung (2)
erforderliches mittleres relatives Lagerspiel
mit:
vG ... Gleitgeschwindigkeit in [m/s]
ψm = 0,8*vG^(1/4)
Das Lagerspiel ist entsprechend m zu wählen
(DIN 31652-2). Dabei ist bei unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten die Spieländerung bei
Erwärmung zu beachten.
thermisch bedingte Änderung
des relativen Lagerspieles
mit:
B
W
tB
20 C
... Längenausdehnungskoeff. Lagerbuchse und
Gehäuse
...
Längenausdehnungskoeff.
Welle
W
tB ... Betriebstemperatur
B
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
27
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.2 Gleitlager
10.2.3 Radiallager, Berechnung (3)
Sommerfeldzahl So
mit:
pm … mittlere Flächenpressung
eff … relatives Lagerspiel S/D
absolutes Spiel S = Durchmesserdifferenz
… dynamische Viskosität des Schmieröls bei tB
… Winkelgeschwindigkeit
S0 = pm*ψeff/(ny*omega)
Mit der dimensionslosen Sommerfeldzahl lassen sich
Radialgleitlager hinsichtlich ihres Lauf- und Reibverhaltens
miteinander vergleichen.
Aussage zur Stabilität:
So < 0,7
vermeiden, Schwingungsneigung
So < 1
instabiler Lauf -> Mehrflächenlager
So > 1
stabiler Lauf
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
28
10.2 Gleitlager
10.2.4 Axiallager, Gestaltung und Berechnung
Quelle: Decker: Maschinenelemente
ungünstig: Differenz in
Gleitgeschwindigkeit innen zu außen
Ausführung als Ringspurlager
einfachste Ausführung
einbaufertige Gleitlagerscheiben nach
DIN ISO 6525
Schmierung meist mit Fett
Mischreibung
Radialnuten
exzentrische Ringnut
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
Ring-Spurlager
Legende:
p ... Gleitlagerscheibe
(Spurplatte)
z ... Wellenzapfen
29
10.2 Gleitlager
10.2.4 Axiallager, Gestaltung und Berechnung
Quelle: Decker: Maschinenelemente
Ausführung als Segmentspurlager
hydrodynamisches Axiallager
Ringfläche besteht aus einem System von
Segmenten mit Schmierkeilen und Schmiernuten
für eine oder wechselnde Drehrichtungen
einbaufertige Axiallageringe nach
DIN 31696 und DIN 31697
hydrodyn. Axiallager
K ... Keillänge
N ... Nut
R ... Rastlänge
für eine
Legende:
1 ... Welle
2 ... Gehäuse
3 ... Laufring
4 ... Aiallagerring
für wechselnde Drehrichtung
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
30
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.2 Gleitlager
10.2.4 Axiallager, Berechnung (1)
Spezifische Lagerbelastung
mit:
F ... Lagerbelastung
AL ... Lagerfläche
pm = F/AL
Lagerfläche
bei Ringspurlagern
AL
mit: da ... Aussendruchmesser
di ... Innendurchmesser
bei Segmentspurlagern
AL
4
d a2 d i2
z b l
mit z ... Anzahl der Segmente
b... Segmentbreite
l ... mittlere Segmentlänge
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
31
Edited by Foxit Reader
Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009
For Evaluation Only.
10.2 Gleitlager
10.2.4 Axiallager, Berechnung (2)
Tragfähigkeit des Axiallagers (vereinfacht)
Lagerkraft
mit:
Soax
Fax = S0ax*ny*vG*b*AL/ho^2
… dimensionslose Tragzahl
hmin … kleinste Schmierfilmdicke im Betrieb
… dynamische Viskosität des Schmieröls bei tB
vG … Gleitgeschwindigkeit
b
… Lagersegmentbreite
AL … Lagerfläche
h0
... Schmierfilmdicke
h0
vG
vG
H
... Keilverhältnis, durch optimale Lagergeometrie
= 0,8 anstreben
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
32
10.2 Gleitlager
10.2.4 Axiallager, Berechnung (3)
Quelle: Decker: Maschinenelemente
Abhängigkeit der Tragzahl Soax von der relativen Schmierfilmdicke
und dem Lagerverhältnis l/b
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
33
10.2 Gleitlager
10.2.4 Axiallager, Berechnung (4)
Kontrolle sicherer hydrodynamischer Betrieb
Übergangsdrehzahl
Übergang von Mischreibung zu Flüssigkeitsreibung
mit:
h0 … Schmierfilmdicke
hmin … kleinste Schmierfilmdicke im Betrieb
nü
hmin
h0
2
n
für Axialsegmentlager gilt:
hmin
d m Rz
3000
dm ... mittlerer Lagerdurchmesser dm=0.5·(da-di)
Rz ... Rauhtiefe
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
34
10.2 Gleitlager
10.2.5 Reibung und Erwärmung
Reibung in den Gleitflächen -> Erwärmung, abhängig von:
Reibwert
Gleitgeschwindigkeit
bei langsam laufenden Lagern (niedrige Gleitgeschwindigkeit) meist keine
besonderen Kühlmaßnahmen erforderlich
bei schnell laufenden Lagern zusätzliche Kühlung erforderlich:
Oberflächenvergrößerung durch Rippen am Gehäuse
erzwungene Konvektion
Kühlung mit Wasser
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
35
10.2 Gleitlager
10.2.6 sonstige Gleitlager - Übersicht
Poröse Sintermetalllager
Kunststoffgleitlager und
Verbundlager mit
Kunststofflaufschicht
Lager mit Feststoffschmierung
Magnetlager
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
36
10.2 Gleitlager
aus Sintereisen oder Sinterbronze (bessere
Notlaufeigenschaften)
zusammenhängender Porenraum bis 35 % des
Gesamtvolumens
getränkt mit alterungsbeständigem
Schmieröl -> wartungsfrei bis ca. 3000 h
Mischreibung
Anwendung bei geringen
Gleitgeschwindigkeiten
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
Quelle: Walter Looser AG
10.2.6 sonstige Gleitlager - Poröse Sintermetalllager
37
10.2 Gleitlager
10.2.6 sonstige Gleitlager - Kunststoffgleitlager
überwiegend aus thermoplastischen Kunststoffen
wie Polyamid, Polyoxymethylen, Polyimid
besonders für Trockenlauf und Mangelschmierung
Schmierung mit Öl, Fett und Wasser möglich
unempfindlich gegenüber Verunreinigungen
korrosionsbeständig
schlechte Wärmeleitfähigkeit
Temperatureinsatzbereich eingeschränkt
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
38
10.2.6 sonstige Gleitlager –
Lager mit Feststoffschmierung
einbaufertige Lager mit imprägnierten Festschmierstoffen
Einsatz dort, wo sich kein hydrodynamischer Schmierfilm
bilden kann
Aufnahmekammern nehmen Festschmierstoff auf:
Blei
Graphit
Molybdänsulfit
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
39
10.2 Gleitlager
10.2.6 sonstige Gleitlager - Magnetlager
Luftspaltlager:
Magnetkraft hält Rotor
in der Schwebe
Bild: Permanentmagnetlager
Quelle: Niemann, Maschinenelemente
Magnetflüssigkeitslager:
Magnetkraft hält eine magnetische Flüssigkeit im Lagerspalt
Anwendung in schnell laufenden Maschinen
Maschinenelemente: 10. Lager und Dichtungen
40
Document
Kategorie
Technik
Seitenansichten
16
Dateigröße
1 797 KB
Tags
1/--Seiten
melden