Untersuchung von Einflussparametern auf schädlichen Wälzlagerschlupf

Untersuchung von Einflussparametern auf schädlichen Wälzlagerschlupf

Dipl.-Ing. Felix Viebahn Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg

18. Bayreuther 3D-Konstrukteurstag

21.9.2016

Wälzlagerschlupf

Motivation

Gehäuse

Aussenring Wälzkörper Innenring

Welle Gehäuse / Aussenring

Welle / Innenring

Relativbewegung

Wandergenze

3

NU205 / µF=0,30 / s_r=0µm

0 2 4 6 8 10 12 14

-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Bezogenes Spiel ξ* Bezogenes Übermaß ξ

Radiallast Fr [N]

0 3 6 9 12 15 18

Bezogene Radiallast pr [MPa]

?

Quelle: TU Chemnitz

Gliederung

1. Motivation

2. Simulationsansatz

3. Programmtechnische Umsetzung 4. Parametervariation

5. Auswertung

6. Zusammenfassung / Ausblick

Schlupfkriterium

5

Lagergeometrie

• Lagerart

• Wälzkörperart

• Material

• …

Anschlussgeometrie

• Welle

• Gehäuse

• Material

• …

Lastdaten

• Radiallast

• Axiallast

• Kombinierte Last

• …

1 2

3 4 5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

-180 -130

-80 -30

Knotenkraft in N

Winkelposition auf Lagerring in Grad

Kontaktkräfte am Lagerring

1 2 3 4 5

tangentiale Kontaktkraft F_T≥ kritische tangentiale Kontaktkraft F_T,krit.

Schlupf möglich!

Kraft durch Fugendruck

F_T F_T,krit.

Simulationsmodell

Wälzkörperkräfte

Festhaltungen kritische Fuge

Programmablauf

SimWag2.0Z88

7

Lagergeometrie Anschlussgeometrie

Lastdaten Lagergenerator

Netzverfeinerer

Baugruppen-

erstellung Konverter

Lastverteilung

FE-Kontaktsolver

Plotprogramm Z88O

SIMWAG2.0^Z88

Wandert?

ja



Automatisierung

SimWag2.1Z88

NU205 / µF=0,30 / s_r=0µm

0 2 4 6 8 10 12 14

-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Radiallast Fr [N]

0 3 6 9 12 15 18

Bezogene Radiallast pr [MPa]



Modelleinstellungen

9

Lagerauswahl: NJ309 in üblicher Anschlussgeometrie 41 Parameter in Eingabedatei

##### Berechnungsparameter #####

LT 1 // Lagertyp GD 12 // Berechnungstyp BA 7 // Berechnungsart

##### Modellparameter #####

#Lagerdaten

AW 11 1 // Anzahl Waelzkoerper (z)

WKD 1.400000E+001 mm // Waelzkoerperdurchmesser (Dw) D 1.000000E+002 mm // Aussendurchmesser Aussenring

d 4.500000E+001 mm // Innendurchmesser Innenring (DNENN) B 2.500000E+001 mm // Lagerbreite

B1 1.900000E+001 mm // Waelzkoerperbreite (Lw)

#Aussenring

Dm 7.350000E+001 mm // Teilkreisdurchmesser (dM) D1 8.410000E+001 mm // Bordinnendurchmesser

D2 8.850000E+001 mm // Laufbahndurchmesser ...

Ansatz

Parameterauswahl:

10 unabhängige Parameter

EMOD2:

E-Modul Gehäuse

AW:

Anzahl der Wälzkörper

WKD:

Wälzkörperdurchmesser

MYH:

Reibwert in Fuge

Uw:

Übermaß in Fuge D0:

Aussendurchmesser Gehäuse

B0:

Breite Gehäuse

Versuchsplan

11

2^3*3^7 = 17496 Kombinationen Rechendauer: 61 Tage

Methoden der

statistischen Versuchsplanung / Design of Experiments (DoE) Versuchsplan nach Taguchi

L36(2^3 3^7) = 36 Kombinationen Rechendauer: 3 Stunden

Parameter Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 EMOD1 70000 210000 -

EMOD2 70000 210000 -

Uw 0,02 0,03 -

AW 11 13 15

WKD 14 15 16

D0 110 125 140

DaG 70 80 83

B0 35 70 105

LS 0,00 0,02 0,04

MYH 0,1 0,2 0,3

Haupteinflüsse

Auswertung

Auswertung

13

Zusammenfassung / Ausblick

Zusammenfassung

• Symptom Wälzlagerwandern

• Berechnungsmodell zur Simulation von Wälzlagerwandern

• Automatisierung der Wandergrenzenbestimmung

• Parametervariation auf Basis der statistischen Versuchsplanung zur Bestimmung der Haupteinflüsse auf die Wandergrenze

Ausblick

• Vergleich Taguchi  vollfaktorieller Versuch

• Identifikation der wichtigsten Haupt- und Kreuzeinflüsse

• Ableiten von Gestaltungsrichtlinien für eine wandersichere Auslegung von