Gleitlager Roloff/Matek Maschinenelemente
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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