Untersuchungen zum Betriebsverhalten radial vorgespannter Zylinderrollenlager
Creators: name: Böttcher, Roman
Publisher: name: Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover
Year: 2018
Subjects: subject: Rolling Element Bearing
subject: Load Distribution
subject: Preload
subject: Fatigue Life
subject: Thermal Behavior
subject: Wälzlager
subject: Lastverteilung
subject: Vorspannung
subject: Lebensdauer
subject: Temperaturverhalten
subject: Dewey Decimal Classification::600 | Technik::620 | Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

description: Die bewusste Aufbringung von Vorspannungen auf Wälzlager kann deren Lebensdauer erhöhen und die Gefahr von schlupfinduzierten Schädigungen senken. Dennoch wird im industriellen Einsatz die Anwendung dieser Leistungssteigerungsmaßnahme bei Zylinderrollenlagern bislang vermieden. Vorgespannte Lager können Betriebsbedingungen hervorbringen, in denen sich die Vorspannung selbstständig und selbstverstärkend erhöht, wodurch Einsatzgrenzen erreicht oder sogar Schädigungen hervorgerufen werden. Während in einem Lager mit positivem Betriebsspiel nur wenige Wälzkörper belastet sind, verteilt sich bei Verringerung des Lagerspiels und der Aufbringung einer radialen Vorspannung die äußere Belastung auf eine größere Anzahl von Wälzkörpern. Die maximale Wälzkörperbelastung sinkt, wodurch höhere Ermüdungslebensdauern erzielt werden, sofern die Vorspannung unterhalb eines kritischen Wertes liegt. In dieser Arbeit wurde in theoretischen Untersuchungen der Einfluss einer Betriebsspielvariation mit positiven und negativen Werten auf die Last- und Pressungsverteilung im Lager, die Ermüdungslebensdauer und das Reibmoment verschiedener üblicher Zylinderrollenlager untersucht. Aus der Analyse einer Vielzahl von Berechnungsergebnissen bezüglich der Lastverteilung im Lager wurde eine einfach anzuwendende Methode zur Bestimmung des lebensdaueroptimierten Betriebsspiels ermittelt. Das Betriebsspiel eines Wälzlagers wird durch die initiale Lagerluft und die Montagebedingungen sowie durch den Temperaturunterschied zwischen den Lagerringen bestimmt. Der Temperaturunterschied führt bei Wellenlagerungen i.A. zu einer Verringerung des Montagespiels. Im Betrieb besitzt das Lager folglich ein kleineres Spiel als im Stillstand. Der Temperaturunterschied und damit die Lagervorspannung wird von den Betriebsbedingungen und den Eigenschaften des umgebenen Systems bestimmt und kann sich im Betrieb selbständig und selbstverstärkend insbesondere im Hochlauf erhöhen. In dieser Arbeit wurden verschiedene Zylinderrollenlager (30 bis 280mm Bohrungsdurchmesser) in experimentellen Untersuchungen betrieben, dabei das Temperaturverhalten untersucht und nach Anzeichen eines instationären Betriebs und möglicher Einsatzgrenzen gesucht. Außerdem wurde an Zylinderrollenlagern verschiedener Betriebsspiele experimentell das Reibmoment, der Käfigschlupf und das Wälzkörperschränken untersucht.
description: Intentionally applied preload can extend bearing life and can help to avoid damages due to slip. Although preloads are widely utilized with angular contact bearings, preloaded cylindrical roller bearings (CRB) are rarely deployed in industrial application. Besides the advantages, preloaded bearings can tend to increase their preload in a self-reinforcing way which restricts their application limits. An external radial force acting on a rolling element bearing is normally transfered only by few rolling elements due to bearing clearance and deflection under load. The loaded zone inside the bearing grows with clearance reduction and the growth of prelaod. This leads to reduced maximum rolling element loads and therefore rising fatigue life time as long as the preload does not exceed a crticial value. A variation of bearing clearance with positive as well as negative values was investigated theoretically for this work regarding load distribution, contact pressure, fatique life and frictional moment for different types of commercial CRB. An easy-to-use method for the estimation of radial preloads optimized for maximum bearing fatigue life was developed by an evaluation of a multitude of calculation results obtained with an iterative calculation of the load distribution. The actual value of bearing clearance during operation is influenced by the initial clearance and mounting conditions as well as temperature gradients inside the bearing. The temperature gradient results from friction losses or heat flow from the surrounding system and normally leads to smaller clearance during operation than in standstill for shaft bearings. Temperature gradients and therefore bearing clearance values depend on operating conditions and system characteristics and can vary autonomously and even in a self-reinforcing way especially during start-up. For this work, different preloaded CRB (30 to 280mm bore diameter) were operated for experimental investigation. The temperature behavior was therin analyzed by means of characteristic values and examined regarding indications for instationary and self-reinforcing behavior as well as application limits. Frictional torque, cage slip, roller alignment and fatigue life could be investigated for tests with different clearance values.