Gleitlager Roloff/Matek Maschinenelemente Johann Lodewyks1 Funktion und Wirkung von Gleitlagern Eigenschaften –Relativbewegung zwischen Welle und Lagerschale

Gleitlager Roloff/Matek Maschinenelemente

Johann Lodewyks 1

Funktion und Wirkung von Gleitlagern

• Eigenschaften– Relativbewegung zwischen Welle und

Lagerschale – Flüssigkeit, Gas oder Fett

als Zwischenmedium

• Bauart– Axiallager– Radiallager

• Typ– hydrostatisch

• externe Druckquelle

– hydrodynamisch• Druckaufbau durch Gleitbewegung

Bild 15-01

Axiallager

Radiallager

1) Welle2) Lagerschale3) Axiallagerring4) Laufring

F : Lagerkraftb : Breited : Durchmesserh0: Schmierfilm : Winkelge- schwindigkeit


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Gleitflächen und Schmierfilm• Eigenschaften

– a) Gleitflächen im Stillstand• Festkörperreibung > 0,3• Verschleiß

– b) Gleitflächen bei Relativbewegung• Flüssigkeitsreibung

= 0,005 ... 0,001• kein Verschleiß

– Schmiermittel• Druckaufbau durch Pumpe

oder Bewegungsenergie• Austausch für Wärme-

abfuhr und Säuberung

Bild 15-03

1) Welle2) Lagerschale3) Schmierfilm4) Abrieb

Rz : gemittelte RautiefeWt : Welligkeit

Reibungszahl FR

F[ - ]


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Gleitflächen und Schmierfilm

• Oberflächengüte– geringe Rautiefe => dünner Schmierspalt

– großer Traganteil

Bild 15-03


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Geschwindigkeitsverteilung bei parallelen Gleitflächen

• Eigenschaften– Druckdifferenz Null

– Schubspannung nach Newton konstant

– lineare Geschwindigkeits-verteilung

Bild 15-04

1) Welle2) Lagerschale3) Schmierfilm

Schubspannung Ft

A

uh

[ N

m2 ]

Ft[N] Scherkraft

A [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

kinematische Viskosität

[

m2

s ]

[kg/m^3] Dichte


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Hydrodynamischer Keilspalt

• Eigenschaften– Verengung in

Bewegungsrichtung

– mittlere Geschwindigkeitv ~ 1 / (t+h0)

– Randgeschwindigkeitenv(2) = u v(1) = 0

– Druckverlaufp(0) = p(l)

Bild 15-05

1) ruhende Gleitfläche2) bewegte Gleitfläche3) Schmierfilm

p [N/m^2] Druckverlauf

pL[N/m^2] mittlerer Druck

pmax[N/m^2] maximaler Druck

h0[m] Spalthöhe

t [m] Keiltiefe

l [m] Keillänge

uu [m/s] Gleitgeschwindigkeit[m/s] Gleitgeschwindigkeit

v [m/s] mittlere Fliessgeschwindigkeit

K[rad] Keilneigungswinkel


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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

Bild 15-06

dW[m] Wellendurchmesser

dL[m] Lagerdurchmesser

[rad] Verlagerungswinkel der kleinsten Spalthöhe

Lagerspiel s dL dW [m]

Exzentrizität es

2h0 [m]

F [N] Lagerkraft

n [U/min] Drehzahl


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Druckverteilung im Radiallager– Eigenschaften

• konstante Lagerkraft (F) proportional dem Integral des Druckverlaufs (p)

• Ölzufuhrnut (E), Ölabfuhrnut (A)

Bild 15-07

Lagerspiel s dL dW [m]

Exzentrizität es

2h0 [m]

N[rad] Schmiernutwinkel

[rad] Verlagerungswinkel der kleinsten Spalthöhe

[rad] Winkel des Druckmaximums

[rad] Winkel der Druckzone

Umfangsgeschwindigkeit uw dw n [m

s]

(15.07)

e

s

2

1h0

s

2

[ - ]relative Exzentrizität


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Reibungszahl flüssiger Medien

– Stribeckkurve (n)

– Nenndrehzahl n > nü

Bild 15-17, Bild 15-18

Betriebsverhalten bei konstanter Last: - Anlauf bei niedriger Temperatur (große Viskosität) - Temperaturanstieg im Betriebspunkt - Abbremsen bei hoher Temperatur (kleine Viskosität)

Reibungszahl FR

F[ - ]

[N s/m^2] dynamische Viskosität

pL[N/m^2] mittlerer Druck

n [U/min] Drehzahl


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Dimensionierung von RadiallagernBild 15-15

(15.04)

mittlerer Lagerdruck pLF

b dLpLzul [bar]

geringe Viskositätgeringe Temperaturgeringe Verkantungsgefahr

geringe Drückekleiner Volumenstrom

Vorteile

(15.03)

relativeLagerbreite

b

dL.0 2...1

maximaler Druck pmax 2....10( ) pL [bar]

Sommerfeldzahl So 0 1....50


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Sommerfeldzahl– Vergleichskennzahl für

Radiallager• hydrodynamische Ähnlichkeit

– Betriebsverhalten• Bereich A

– Radialführung zu klein

– Gefahr von Wellen-schwingungen

• Bereich B– stabil

• Bereich C– Mischreibgefahr bei zu geringem h0

Tabelle 15-13b

(15.09)

Sommerfeldzahl SopL B

2

eff eff

F B2

b dL eff eff[ - ]

Drehwinkelgeschwindigkeit eff 2 nw [1

s]

(15.05)

relatives Lagerspiel

s

dL

dL dw

dL

ungefährdL dw

dw


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Schiffswellenlager

• Aufbau– hydrostatisches

Radiallager• zentrale Ölzufuhr

– mechanisch vorgespanntes hydrodynamisches Axiallager

– zentrales Ölsammelbecken

– Umlaufschmierung

Bild 15-35


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Wahl von GleitlagerwerkstoffenBild 15-11

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