Dynamiksimulation von Rollenlagern mit optimierten kontaktmechanischen und elastohydrodynamischen Berechnungsmodellen

verfasst von

Marius Wolf

betreut von

Gerhard Poll

Abstract

Diese Arbeit behandelt die Dynamiksimulation von Rollenlagern. Die Simulation ermöglicht die Abbildung des dynamischen Verhaltens der einzelnen Wälzkörper unter Berücksichtigung von instationären radialen und axialen Lasten sowie Trägheitseffekten. Zur korrekten Modellierung der Reibkräfte und Rollwiderstände wird ein analytisches Berechnungsmodell implementiert, welches die rheologischen Fluid- und Oberflächeneigenschaften des Wälzlagers nach dem aktuellen Stand der Forschung abbildet. Zusätzlich wird der Reibungszustand der einzelnen Kontakte berücksichtigt. Eine Validierung erfolgt mittels experimentellen Traktionskurven eines Zweischeibenprüfstandes. Um eine realistische Modellierung der Reib- und Normalkräfte zu ermöglichen, sind genaue Kenntnisse über die Lage und theoretische Starrkörperdurchdringung des Kontaktes notwendig. Für den Kontakt zwischen Wälzkörperstirn und Bord wird ein neuer semi-analytischer Kontaktfindungsalgorithmus entwickelt, implementiert und mit vorhandenen Kontaktfindungsmethoden verglichen. Der Vergleich zeigt eine deutliche geringere Rechenzeit bei erhöhter numerischer Stabilität der neuen Methode auf. Zur Berechnung der Schmierfilmhöhe stehen analytische Gleichungen zur Verfügung. Ein Abgleich vorhandener Gleichungen mit Ergebnissen eines Elastohydrodynamik-Simulationsprogramms weist starke Abweichungen für längsangeströmte Kontakte auf. Daher wird eine neue analytische Formel für längsangeströmte Kontakte, wie sie beispielsweise zwischen Wälzkörperstirn und Bord auftreten, entwickelt. Sowohl im Vergleich mit Simulationsergebnissen als auch mit Interferometriemessungen ist die neue Formel signifikant präziser als bisherige Gleichungen. Basierend auf den genannten Verbesserungen wird mittels des kommerziellen Simulationsprogramms MSC ADAMS ein Mehrkörpersimulationsmodell für vollrollige Zylinderrollenlager entwickelt. Die Ergebnisse der Simulation werden mit experimentell ermittelten Schlupfwerten qualitativ verglichen. Der Vergleich findet unter Variation von Radial- und Axialkraft, Innenringdrehzahl und Öltemperatur statt. Die Simulation ermöglicht eine detaillierte Analyse der Wirkzusammenhänge innerhalb des Wälzlagers. Darauf basierend werden die physikalischen Effekte, welche die Abhängigkeiten des Wälzkörperschlupfes von den untersuchten Betriebsparametern verursachen, untersucht und dargestellt.

Organisationseinheit(en)

Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

151

Publikationsdatum

06.11.2024

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/18104 (Zugang: Offen)