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Bestimmung der Wälzlagersteifigkeit unter Berücksichtigung der Innen- und Außenringelelastizität sowie des Passungsspiels für die Rotordynamikauslegung (FVA 747 I)

Titelangaben

Glamsch, Johannes:
Bestimmung der Wälzlagersteifigkeit unter Berücksichtigung der Innen- und Außenringelelastizität sowie des Passungsspiels für die Rotordynamikauslegung (FVA 747 I).
2017
Veranstaltung: FVA-Informationstagung 2017 , 29.-30.11.2017 , Würzburg.
(Veranstaltungsbeitrag: Kongress/Konferenz/Symposium/Tagung , Vortrag )

Abstract

Zur Auslegung wälzgelagerter Systeme ist eine detaillierte Kenntnis des dynamischen Systemverhaltens notwendig. Insbesondere die Klärung rotordynamischer Fragestellungen ist für einen wirtschaftlichen und vor allem sicheren Betrieb unverzichtbar. Um kritische Betriebsparameter wie z.B. die kritischen Drehzahlen verlässlich identifizieren zu können, muss eine realitätsnahe Kenntnis der Wälzlagersteifigkeiten im Auslegungsprozess Berücksichtigung finden. Während die bisherigen Angaben der Lagerhersteller bezüglich der Wälzlagersteifigkeit lediglich die Kontaktsteifigkeit der Wälzkörper berücksichtigen, wird die reale Lagersteifigkeit zusätzlich von der Materialelastizität der Lagerringe sowie des Lagerschilds und dem Passungsspiel des Lagersitzes beeinflusst. Aus diesem Grund wurde im Rahmen des FVA-Forschungsvorhabens 747 I die Bestimmung der Wälzlagersteifigkeit von Radialrillenkugellagern unter Berücksichtigung des Gehäusefügespiels bei einem ungeteilten Ringgehäuse sowie flexiblen Lagerringen zum Ziel gesetzt. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden an den beteiligten Forschungsstellen unterschiedliche experimentelle sowie simulative Untersuchungen durchgeführt. Einerseits erfolgte am MEGT die Modellentwicklung eines FE-Vollmodells von Radialrillenkugellagern in ANSYS. Zu der Verifizierung dieser FE-Untersuchungen dienten die statischen Prüfstandsversuche am MEGT sowie die dynamischen Experimente beim Industriepartner. Bei diesen Experimenten wurde der Gehäusefügespieleinfluss auf die Änderung der kritischen Drehzahlen durch Hochlaufversuche untersucht. Hierbei handelte es sich um eine zweipolige Asynchronmaschine mit 2 MW Leistung. In den weiteren Arbeitspaketen wurde am Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD ein Ersatzmodell zur automatischen Berechnung der Wälzlagersteifigkeit entwickelt. Das Modell beruht auf einem vereinfachten FE-Modell, bei welchem die Wälzkörper durch Stabelemente substituiert werden. Hierdurch kann die klassische Kontaktberechnung entfallen, wodurch die Berechnung beschleunigt wird. Auf Basis dieses Modells wurde ein Berechnungsprogramm entwickelt, welches auf dem frei verfügbaren Finite-Elemente-Programm Z88 aufbaut. Zur Validierung des FE-Ersatzmodells wurden die Ergebnisse des FE-Vollmodells herangezogen. Hier konnte gezeigt werden, dass die entwickelte, vereinfachte Berechnungsmethodik eine sehr gute Übereinstimmung mit dem FE-Vollmodell und den Prüfstandsversuchen aufzeigt. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass das Gehäusefügespiel zu einer starken Verringerung der radialen Lagersteifigkeit, insbesondere bei geringerer Last, führt. Bei Betrachtung der axialen Steifigkeit war dieser Einfluss ebenfalls zu verzeichnen, jedoch im geringeren Maße. Es hat sich außerdem herausgestellt, dass das Gehäusefügespiel kein bemerkbarer Einfluss auf die Kippsteifigkeit besitzt. Das Ergebnis des Vorhabens mündete in einem benutzerfreundlichen Berechnungswerkzeug. Dieses Tool liefert dem Konstrukteur bei der rotordynamischen Auslegung verlässliche Kraftverschiebungswerte bzw. Senksteifigkeitswerte von Rillenkugellagern unter Berücksichtigung des Gehäusefügespiels sowie der elastischen Lagerringe.

Weitere Angaben

Publikationsform: Veranstaltungsbeitrag (Vortrag)
Begutachteter Beitrag: Nein
Keywords: FVA; Wälzlager; Z88Aurora
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Konstruktionslehre/CAD
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Konstruktionslehre/CAD > Lehrstuhl Konstruktionslehre/CAD - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Eingestellt am: 04 Dec 2017 08:13
Letzte Änderung: 04 Dec 2017 08:13
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/40801