Feststoffgeschmierte Wälzlager: Einsatz, Grundlagen und Auslegung
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Berlin [u.a.]
Springer Vieweg
2012
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D M L H I A D T T
1 ANWENDUNG FESTSTOFFGESCHMIERTER WAELZLAGER 1
1.1 EINSATZGEBIETE UND ANWENDUNG VON FESTSCHMIERSTOFFEN 2
1.1.1 EINSATZ BEI HOHEN TEMPERATUREN 2
1.1.2 EINSATZ BEI NIEDRIGEN TEMPERATUREN 3
1.1.3 EINSATZ IM VAKUUM 4
1.1.4 EINSATZ BEI ENERGIEREICHER STRAHLUNG ! 6
1.1.5 EINSATZ IN AGGRESSIVEN MEDIEN 7
1.1.6 EINSATZ UNTER REINRAUMBEDINGUNGEN 7
1.1.7 EINSATZ BEI BESONDEREN HYGIENEANFORDERUNGEN 7
1.1.8 EINSATZ IM AUSSETZBETRIEB 9
1.1.9 EINSATZ BEI ANOMALEN BELASTUNGEN 10
1.2 UNTERSCHIEDE BEI DER ANWENDUNG VON FESTSCHMIERSTOFFEN UND
FETTEN/OELEN 11
1.3 POTENZIALE UND GRENZEN DER ANWENDUNG 12
1.3.1 POTENZIALE DER FESTSTOFFSCHMIERUNG 12
1.3.2 GRENZEN DER FESTSTOFFSCHMIERUNG 13
1.4 ZUSAMMENFASSUNG 14
LITERATUR 14
2 DIE TRIBOLOGIE VON FESTSCHMIERSTOFFEN 15
2.1 TRIBOLOGISCHE GRUNDLAGEN 15
2.1.1 TRIBOSYSTEME 15
2.1.2 REIBUNGSARTEN 16
2.1.3 REIBUNGSZUSTAENDE 23
2.1.4 VERSCHLEISSARTEN 24
2.1.5 WEITERE TRIBOLOGISCHE PHAENOMENE 25
2.2 FESTSCHMIERSTOFFE UND IHRE TRIBOLOGISCHEN EIGENSCHAFTEN 26
2.2.1 GRUNDLAGEN 26
2.2.2 EINTEILUNG DER FESTSCHMIERSTOFFE 28
2.2.3 POLYMERE 30
2.2.4 SCHICHTGITTER-FESTSCHMIERSTOFFE 35
2.2.5 WEICHMETALLE 44
VII
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IMAGE 2
VIII INHALT
2.3 ZUSAMMENFASSUNG 51
LITERATUR 52
3. THEORIE DER LEBENSDAUER FESTSTOFFGESCHMIERTER GLEIT- UND WAELZKONTAKTE
. . . 55 3.1 DIE MECHANIK FESTSTOFFGESCHMIERTER GLEIT- UND WAELZKONTAKTE
55 3.1.1 KONTAKTGEOMETRIE UND KONTAKTKINEMATIK 56
3.1.2 DAS BELASTUNGSMODELL - AEUSSERE UND INNERE MECHANISCHE LASTEN... 58
3.1.3 DAS BEANSPRUCHUNGSMODELL 59
3.1.4 DAS KINEMATIKMODELL 68
3.2 DIE TRIBOLOGIE FESTSTOFFGESCHMIERTER GLEIT- UND WAELZKONTAKTE 77
3.2.1 DAS REIBENERGIEMODELL 77
3.2.2 DAS VERSCHLEISSMODELL 78
3.2.3 DAS LEBENSDAUERMODELL 81
3.3 ZUSAMMENFASSUNG 88
LITERATUR 89
4 LEBENSDAUERPRUEFVERFAHREN FUER FESTSTOFFGESCHMIERTE GLEIT- UND
WAELZKONTAKTE 91
4.1 GRUNDLAGEN 91
4.1.1 BEGRIFFE UND DEFINITIONEN 91
4.2 LEBENSDAUERPRUEFVERFAHREN 94
4.3 LEBENSDAUERPRUEFVERFAHREN FUER FESTSTOFFGESCHMIERTE GLEITKONTAKTE 95
4.3.1 STIFT-SCHEIBE-VERSUCHE 96
4.3.2 WALZE-PLATTE-VERSUCHE 96
4.4 LEBENSDAUERPRUEFVERFAHREN FUER FESTSTOFFGESCHMIERTE WAELZKONTAKTE 106
4.4.1 MODIFIZIERTER VIERKUGELAPPARAT 107
4.4.2 MECHANIK DER WALZBEANSPRUCHUNG IM VIERKUGELAPPARAT 111 4.5
AUSWERTUNG DER LEBENSDAUERPRUEFUNG 121
4.5.1 VERSAGENSINDIKATOREN 122
4.5.2 OPTISCHE AUSWERTUNG UND SCHAEDEN 123
4.5.3 MAKROSKOPISCHE UNTERSUCHUNG 123
4.5.4 BESTIMMUNG DES VERSCHLEISSVOLUMENS 124
4.5.5 MIKROSKOPISCHE UNTERSUCHUNGEN 125
4.6 ZUSAMMENFASSUNG 126
LITERATUR 127
5 WAELZLAGER UND LAGERKOMPONENTEN 129
5.1 AUFBAU UND NORMUNG VON WAELZLAGERN 130
5.1.1 AUFBAU VON WAELZLAGERN 130
5.1.2 BAUFORMEN VON WAELZLAGERN 130
5.1.3 NORMUNG VON WAELZLAGERN 130
5.2 WAELZLAGERKOMPONENTEN 133
5.2.1 WAELZKOERPER 133
5.2.2 LAGERRINGE 133
IMAGE 3
INHALT IX
5.2.3 WERKSTOFFE FUER WAELZKOERPER UND LAGERRINGE 134
5.2.4 KAEFIGE 135
5.3 WAELZ- UND GLEITKONTAKTE IM WAELZLAGER 137
5.3.1 LASTUEBERTRAGUNG 139
5.3.2 WAELZKOERPERFUEHRUNG 141
5.3.3 KAEFIGFUEHRUNG 145
5.4 KOPPLUNGEN UND FREIHEITSGRADE IM WAELZLAGER 147
5.4.1 SELBSTHALTUNG 147
5.4.2 ZUSAMMENHANG RADIALLUFT-AXIALLUFT 147
5.4.3 KIPPWINKEL 149
5.5 ZUSAMMENFASSUNG 151
LITERATUR 151
6 MECHANIK UND THERMODYNAMIK FESTSTOFFGESCHMIERTER WAELZLAGER 153 6.1
STATIK UND ELASTOMECHANIK VON WAELZLAGERN 153
6.1.1 DRUCK-UND LASTWINKEL 153
6.1.2 LASTVERTEILUNG 157
6.1.3 STEIFIGKEIT VON WAELZLAGERN 160
6.2 KINEMATIK VON WAELZLAGERN 161
6.2.1 KINEMATIK DES IDEALEN WAELZLAGERS 161
6.2.2 ANZAHL UEBERROLLUNGEN 163
6.2.3 UMFANGSGESCHWINDIGKEIT UND DREHZAHL DES KAEFIGS 165
6.3 DYNAMIK FESTSTOFFGESCHMIERTER WAELZLAGER 165
6.3.1 AENDERUNG DER WAELZKOERPER-WIRKDURCHMESSER IN DER LASTZONE 166 6.3.2
AENDERUNG DER KUGELORBITALGESCHWINDIGKEIT IN DER LASTZONE 168 6.3.3
KUGEL-KAEFIG-DYNAMIK 168
6.3.4 MODELLIERUNG UND SIMULATION DER KUGEL-KAEFIG-DYNAMIK 170 6.3.5
REIBENERGIEMODELL FUER DEN KUGEL-KAEFIG-KONTAKT 174
6.4 UMGESETZTE REIBENERGIE IM KUGEL-KAEFIG-KONTAKT 174
6.4.1 REIBENERGIEANSATZ 175
6.4.2 KONTAKTKRAEFTE UND KUGELPOSITION 176
6.5 THERMODYNAMIK FESTSTOFFGESCHMIERTER WAELZLAGER 178
6.5.1 VERFORMUNGEN BEIM EINBAU DES LAGERS 178
6.5.2 WAERMEDEHNUNGEN IM LAGER 179
6.5.3 VERAENDERUNGEN DER RADIALEN LAGERLUFT 183
6.6 ZUSAMMENFASSUNG 186
LITERATUR 186
7 THEORIE DER GEBRAUCHSDAUER FESTSTOFFGESCHMIERTER WAELZLAGER 189 7.1
BEGRUENDUNG DES REIBENERGIEMODELLS ALS GRUNDLAGE EINER
GEBRAUCHSDAUERPROGNOSE 189
7.2 BERECHNUNG DER REIBENERGIEBEANSPRUCHUNG 192
7.2.1 BERECHNUNG DER REIBENERGIE FUER BESCHICHTETE RINGE 192
IMAGE 4
X
INHALT
7.2.2 BERECHNUNG DER REIBENERGIE FUER BESCHICHTETE WAELZKOERPER 192
7.2.3 BERECHNUNG DER SUMMENREIBENERGIE 194
7.3 BERECHNUNG DES NUTZBAREN SCHMIERSTOFFVOLUMENS 198
7.3.1 NUTZBARES SCHMIERSTOFFVOLUMEN BEI BESCHICHTETEN UMLAUFKUGELN MIT
KUGELDREHACHSENAENDERUNG 199
7.3.2 NUTZBARES SCHMIERSTOFFVOLUMEN BEI BESCHICHTETEN UMLAUFKUGELN OHNE
KUGELDREHACHSENAENDERUNG 200
7.3.3 NUTZBARES SCHMIERSTOFFVOLUMEN BEI BESCHICHTETEN ANTRIEBS UND
GEGENKOERPERN UND UNBESCHICHTETEN UMLAUFKUGELN OHNE
KUGELDREHACHSENAENDERUNG 200
7.3.4 NUTZBARES SCHMIERSTOFFVOLUMEN BEI BESCHICHTETEN ANTRIEBS UND
GEGENKOERPERN UND UNBESCHICHTETEN UMLAUFKUGELN MIT
KUGELDREHACHSENAENDERUNG 202
7.3.5 ERKENNTNISSE ZUM NUTZBAREN SCHMIERSTOFFVOLUMEN 202
7.3.6 BERECHNUNG DES NUTZBAREN SCHMIERSTOFFVOLUMENS BEI
TRANSFERSCHMIERUNG 203
7.4 ERMITTLUNG DES REIBENERGIE-VERSCHLEISS-FAKTORS 206
7.5 BERECHNUNG DER GEBRAUCHSDAUER 207
7.6 EVALUATION DES GEBRAUCHSDAUERMODELLS 208
7.6.1 EVALUATION DES GEBRAUCHSDAUERMODELLS DURCH VARIATION DER GEOMETRIE
DER ANTRIEBSKUGEL 208
7.6.2 EVALUATION DES GEBRAUCHSDAUERMODELLS FUER DIE AUSGANGSKONFIGURATION
210
7.6.3 EVALUATION DES GEBRAUCHSDAUERMODELLS FUER EINE
ALTERNATIVKONFIGURATION 211
7.6.4 EVALUATION DES GEBRAUCHSDAUERMODELLS FUER EINE ANDERE BAUGROESSE 213
7.6.5 EINFUEHRUNG EINES TEMPERATURABHAENGIGEN REIBENERGIE- VERSCHLEISS-
FAKTORS 214
7.7 ZUSAMMENFASSUNG 216
LITERATUR 216
8 LEBENSDAUERPRUEFVERFAHREN FUER FESTSTOFFGESCHMIERTE WAELZLAGER 217 8.1
LAGERVERSUCHE UND PRUEFSTAENDE 217
8.1.1 PRINZIP EINER LAGERPRUEFUNG IM VIER-LAGER-PRUEFSTAND 217
8.1.2 AUFBAU EINES VIER-LAGER-PRUEFSTANDS 219
8.1.3 MESSDATENERFASSUNG UND REGELUNG 220
8.1.4 VIERLAGERPRUEFSTAENDE 6001 UND 6205 222
8.1.5 VORBEREITUNG UND INBETRIEBNAHME DES VIER-LAGER-PRUEFSTANDS 223
8.1.6 INBETRIEBNAHME DES PRUEFSTANDS UND VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 225 8.2
INDIKATOREN FUER ERREICHEN DER LEBENSDAUER 226
8.2.1 SUMMENREIBMOMENT 226
8.2.2 TEMPERATURENTWICKLUNG IM LAGER 227
8.2.3 VIBRATIONEN UND GERAEUSCHENTWICKLUNG 228
IMAGE 5
INHALT XI
8.3 LAGERSCHAEDEN 230
8.3.1 LAGERSCHAEDEN MIT REGULAERER SCHAEDIGUNG 230
8.3.2 LAGERSCHAEDEN MIT IRREGULAERER SCHAEDIGUNG 231
8.3.3 KAEFIGSCHAEDEN 233
8.3.4 TRIBOLOGISCHE SCHADENSANALYSE DER VERSUCHSLAGER 234
8.4 ZUSAMMENFASSUNG 239
LITERATUR 239
9 LEBENSDAUERAUSLEGUNG UND GEBRAUCHSDAUER-BESTIMMUNG FUER
FESTSTOFFGESCHMIERTE WAELZLAGER 241
9.1 HINWEISE FUER ANWENDER ZUR LEBENSDAUERAUSLEGUNG FUER
FESTSTOFFGESCHMIERTE WAELZLAGER GENERELL 241
9.1.1 KLAEREN DER AUFGABE UND ERMITTELN DER ANFORDERUNGEN 242
9.1.2 ERMITTLUNG AUSSICHTSREICHER LAGERUNGS UND SCHMIERUNGSKONZEPTE 243
9.2 GEBRAUCHSDAUERPROGNOSE FUER WAELZLAGER MIT MOS 2 -SCHMIERUNG 245 9.2.1
ARGUMENTATIONSLINIE DES GEBRAUCHSDAUERMODELLS 245
9.2.2 GUELTIGKEITSBEREICH DER GEBRAUCHSDAUERPROGNOSE 246
9.2.3 ANLEITUNG ZUR AUSLEGUNG MOS 2 GESCHMIERTER WAELZLAGER 247 9.3
HINWEISE FUER LAGERHERSTELLER ZUR OPTIMIERUNG DER WAELZLAGERGEOMETRIE IM
HINBLICK AUF IHREN EINSATZ MIT FESTSCHMIERSTOFFEN 255
9.4 ZUSAMMENFASSUNG 257
SACHVERZEICHNIS 259
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