title: Numerische Optimierung von sekundären, geschmierten Punkt- und Ellipsenkontakten zur gezielten Auslegung von Rollenlagern
title: Numerical optimization of secondary, lubricated point and elliptical contacts for the precise design of roller bearings
Creators: name: Wirsching, Sven
Publisher: name: FAU University Press
Year: 2024
Subjects: subject: Maschinenbau
subject: Ingenieurwissenschaften
subject: Produktionstechnik
subject: Tribologie
subject: Hydrodynamik
subject: Elastohydrodynamik
subject: Wälzlager
subject: Rollenlager
subject: Reibung
subject: Verschleiß
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::60 Technik::600 Technik und Technologie
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::62 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Bereiche
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::62 Ingenieurwissenschaften::621 Angewandte Physik

description: Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-766-1
description: Ein zentrales Thema in der Forschung an Rollenlagern ist die Optimierung von Tragfähigkeit, Ermüdung, Steifigkeit, Lastverteilung und Dynamik. Der sekundäre Kontakt zwischen Wälzkörpern und Ringbord innerhalb der Rollenlager beeinflusst erheblich diese Eigenschaften und birgt viel Potenzial zur Steigerung der Leistungsfähigkeit. Während des Auslegungsprozesses kommen Mehrkörper- und Dynamiksimulationen sowie analytische und numerische Berechnungsansätze zum Einsatz. Der aktuelle Stand der Technik integrierter Kontaktberechnungen basiert auf der Theorie von HERTZ. Diese approximiert die reale Geometrie nur vereinfacht und es entsteht ein gewisser Fehler, der sich auf die Berechnung von Schmierfilmhöhe, Reibung, Kontaktfläche und -druck auswirkt. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit eine neue Berechnungsmethode für Punkt- bzw. Ellipsenkontakte in Mehrkörper- und Dynamiksimulationen, als auch in elastohydrodynamischen Untersuchungen erarbeitet. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der allgemeinen, mathematisch exakten Beschreibung der makroskopischen Oberflächengeometrien im Kontakt. Die Validierung dieser Methode wurde mit Hilfe der Finiten Elemente Methode durchgeführt und das Potential am Beispiel der Optimierung eines Kegelrollenlagers aufgezeigt. Die erarbeitete Berechnungsmethode kann damit die Entwicklung spezieller, an die Anwendung angepasster Wälzlager verbessern und durch Verschleißreduktion oder effizientere Materialausnutzung zur Nachhaltigkeit im Maschinenbau beitragen.
description: A central topic in roller bearing research is the optimization of load capacity, fatigue, rigidity, load distribution and dynamics. The secondary contact between the rolling elements and the ring rib within the roller bearings has a significant influence on these properties and offers great potential for increasing performance. Multi-body and dynamic simulations as well as analytical and numerical calculation approaches are used during the design process. The current state of the art of integrated contact calculations is based on the Hertz theory. This approximates the real geometry only in a simplified way and a certain error occurs, which affects the calculation of lubricant film height, friction, contact area and contact pressure. For this reason, a new calculation method for point and elliptical contacts in multi-body and dynamic simulations as well as in elastohydrodynamic investigations was developed as part of this work. The focus here was on the general, mathematically exact description of the macroscopic surface geometries in the contact. The validation of this method was carried out using the finite element method and the potential was demonstrated using the example of the optimization of a tapered roller bearing. The developed calculation method can thus improve the design of special rolling bearings adapted to the application and contribute to sustainability in mechanical engineering through wear reduction or more efficient material utilization.