Gleitlagertechnik Teil 1 Prof. Dr.-Ing. W.J. Bartz Dipl.-Ing. H. Huppmann Ing. (grad.) H. Mauser Prof. Dr.-Ing. G. Noack Prof. Dr.-Ing. H. Peeken Dr.-Ing. H. Rodermund Dr. rer. nat. E. Roemer Dipl.-Ing. K. Spiegel Ing. (grad.) H. Tepper Dr.-Ing. J. Theißen Kontakt & Studium Band 49 Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bartz Technische Akademie Esslingen Fort- und Weiterbildungszentrum Ing. (grad.) Elmar Wippler expert verlag 7031 Grafenau 1/Württ.
Inhaltsverzeichnis Herausgeber-Vorwort: Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bartz Autoren-Vorwort: Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bartz 1 Grundlegende Zusammenhänge der Tribologie speziell für das Gleitlager 17 Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bartz 1.1 Reibungszustände und ihre Bedeutung 17 1.1.1 Kennzeichnung der Reibungszustände 17 1.1.2 Einflüsse auf Reibung und Verschleiß 20 1.2 Hydrodynamische Gleitlager 22 1.2.1 Betriebspunkt und Tragfähigkeit 22 1.2.2 Beeinflussung des Betriebspunktes 26 1.3 Schlußfolgerungen 27 2 Grundlagen der Kraftübertragung durch Lagerungen 29 Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bartz 2.1 Belastungsarten 29 2.2 Formen der Relativbewegung 31 2.2.1 Gleiten und Wälzen 31 2.2.2 Grundbewegungen zwischen Maschinenteilen 32 2.2.3 Lagerbeispiele zur Übertragung der Grundbewegungen 32 2.2.3.1 Kontinuierliche Relativbewegung 32 2.2.3.2 Oszillierende Relativbewegung 34 2.3 Einsatzgrenzen für die wichtigsten Lagertypen 37 2.3.1 Einsatzgrenzen bei Radiallagern 38 2.3.2 Einsatzgrenzen bei Axiallagern 39 2.4 Vergleich der Verhaltensweisen der wichtigsten Lagertypen 40 2.4.1 Vergleichende Bewertung von Radiallagern 41 2.4.1.1 Kontinuierliche Bewegung 41
2.4.1.1.1 Besondere Umgebungsverhältnisse 41 2.4.1.1.2 Besondere Anforderungen 41 2.4.1.2 Oszillierende Bewegung 44 2.4.2 Vergleichende Bewertung von Axiallagern 45 2.4.2.1 Besondere Umgebungsverhältnisse 45 2.4.2.2 Besondere Anforderungen 45 2.5 Auswahl einer Lagerung 48 2.6 Zusammenfassung 48 3 Tribologische Gesichtspunkte bei der Wahl zwischen Gleit- und Wälzlagern 49 Dr.-Ing. H. Rodermund 3.1 Einführung 49 3.2 Technische Anforderungen an eine Lagerung 50 3.3 Die tribologischen Systeme von Gleit-und Wälzlagern 51 3.3.1 Vergleich von Gleit-und Wälzlagern 51 3.3.2 Auslegung von Wälzlagerungen 54 3.3.3 Auslegung von Gleitlagerungen 56 3.4 Zusammenfassung 60 4 Berechnung hydrodynamisch geschmierter Gleitlager dargestellt am Beispiel der Radiallager 62 Prof. Dr.-Ing. G. Noack 4.1 Einführung 62 4.2 Übersicht der wichtigsten Größen beim Radialgleitlager 63 4.3 Grundlagen der hydrodynamischen Schmierung 64 4.4 Grenzen der Betriebssicherheit eines Gleitlagers 64 4.4.1 Allgemeine Zusammenhänge 64 4.4.2 Untere Betriebsgrenze 66 4.4.3 Obere Betriebsgrenze 67 4.5 Ergebnisse der hydrodynamischen Schmierungstheorie 68 4.6 Formeln zur Berechnung hydrodynamischer Radialgleitlager 70 4.6.1 Tragfähigkeit und untere Betriebsgrenze 71 4.6.1.1 Grundlegende Zusammenhänge 71 4.6.1.2 Berücksichtigung des Seitenflusses 73 4.6.1.3 Einfluß elastischer Spalterweiterung 73 4.6.2 Die Reibung der Radialgleitlager 74 4.6.3 Schmierstoffbedarf des Gleitlagers 75 4.7 Berechnungsverfahren für Radialgleitlager 75 4.7.1 Vorgehensweise 75
4.7.2 4.7.2.1 4.7.2.2 4.7.2.3 4.7.2.4 4.7.2.5 4.7.2.6 4.7.2.7 4.7.2.8 4.7.3 4.7.3.1 4.7.3.2 4.7.4 4.7.4.1 4.7.4.2 4.7.4.3 4.7.4.4 4.8 Berechnungsformulare und graphische Bestimmung der Lagertemperatur Aufbau des Berechnungsformulares Ermittlung des Lagerspieles Ermittlung der erforderlichen Mindestviskosität Ermittlung der Betriebstemperatur Ermittlung des optimalen Schmieröles Korrektur bei abweichenden Umgebungstemperaturen Rechnungsgang für So = 1 Betriebsdaten Tragfähigkeitsdiagramme: Kontrolle und Optimalauslegung Aufbau der Diagramme Anleitung zum Gebrauch der Tragfähigkeitsdiagramme Programmierte Rechnung mittels Digitalrechner Flußplan für den Programmablauf Näherungsfunktionen für die programmierte Rechnung Ermittlung des optimalen Viskositätsgrades Numerische Ermittlung der Lagertemperatur Zusammenfassung 76 76 78 78 79 81 81 83 84 84 84 85 87 87 89 90 91 93 5 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 Praxisnahe Gleitlagerberechnung nach heutigem Kenntnisstand Prof. Dr.-Ing. H. Peeken Einführung Grundlagen der Lagerberechnung Hydrodynamischer Tragvorgang Reibungszustände im Gleitlager Berechnung stationärer Radialgleitlager Berechnung der Lagertemperatur Lagerreibung Wärmeabfuhr durch Konvektion Wärmeabfuhr durch den Schmierstoff Erforderlicher Ölbedarf Das relative Lagerspiel Einfluß der Konstruktion auf die Gleitraumgestalt Schmierstoff Versorgung Lagerwerkstoffe Zusammenfassung 94 94 94 94 95 96 99 99 100 104 105 107 109 111 111 112
Konstruktive Fragen des Gleitlagers unter Berücksichtigung der Schmierung Dipl.-Ing. K. Spiegel Druckaufbau und Reibung Gestaltung des Gleitraumes Deformationen des Gleitraumes Schmierstoff Versorgung Der Schmierstoff im Gleitraum Mischreibung und Mangelschmierung Unterteilung der Gleitflächen und Olaustausch Instabilitäten Hydrostatische Radiallager Ausnutzung der Verdrängungswirkung 113 113 115 116 120 123 125 127 131 135 136 1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4 4.1 4.2 4.3 5 6 7 8 Auslegung von Radialgleitlagern mit ölgekühlten Lagerbuchsen Dr.-Ing. J. Theißen Einführung Grundlagen Lagergeometrie Schmieröleigenschaften Kennzahlen Physikalische Gesetze Thermohydrodynamische Näherungstheorie Lagertragkraft und -reibungsmoment Wärmestrombilanzgleichung Mittlere Temperaturverteilung Wärmestrom durch die Lagerbohrungswand Schmierölvolumenstrom Schmierölseitenflußtemperatur Mittlere Lagertemperatur Praktische Gleitlagerberechnung Formelflußplan Taschenrechnerprogramm Berechnungsbeispiele Gestaltung der Kühlkanäle Wärmeabfuhrwiderstand Kühlölförderleistung Zusammenfassung 139 139 140 140 141 142 144 145 145 146 147 148 151 151 152 153 153 155 158 160 163 165 168
8 Metallische Gleitlagerwerkstoffe Dr. E. Roemer 170 8.1 Einführung 170 8.2 Weißmetalle auf Blei- oder Zinngrundlage 171 8.3 Kupferlegierungen 178 8.4 Aluminiumlegierungen 181 8.5 Drei- und Mehrschichtlager 183 8.6 Sonderwerkstoffe 186 8.7 Belastbarkeit von Gleitlagerwerkstoffen 188 9 Schmierstoff-Versorgung von Gleitlagern 192 Ing. (grad.) H. Mauser 9.1 Ölschmierung und Fettschmierung 192 9.1.1 Einführung 192, 9.1.2 Genormte Schmieröle 193 9.1.3 Viskositätsklassifikationen 194 9.1.4 Genormte Schmierfette 195 9.2 Schmiereinrichtungen 196 9.2.1 Einzelschmiergeräte 196 9.2.1.1 Ölschmierung 196 9.2.1.2 Fettschmierung 199 9.2.1.3 Depotschmierung 200 9.2.2 Zentralschmiergeräte 201 9.2.2.1 Ölschmierung 201 9.2.2.2 Fettschmierung 203 9.2.2.2.1 Mehrleitungssysteme 204 9.2.2.2.2 Einleitungssysteme 204 9.2.2.2.3 Zweileitungssysteme 204 9.2.2.2.4 Progressivsysteme 204 9.2.2.3 Ölnebelschmierung 207 10 Flüssige und konsistente Schmierstoffe für Gleitlager 211 Ing. (grad.) H. Mauser) 10.1 10.2 10.2.1 10.2.1.1 10.2.1.2 10.2.1.3 10.2.1.4 Einführung Mineralöle Rohölverarbeitung Atmosphärische Destillation Vakuumdestillation Raffination Entparaffinierung 211 211 211 211 212 212 213
10.2.1.5 10.2.2 10.2.2.1 10.2.2.2 10.2.2.3 10.2.2.4 10.2.2.5 10.2.3 10.2.3.1 10.2.3.2 10.2.3.3 10.3 10.3.1 10.3.2 10.3.3 10.3.4 10.3.5 10.3.6 10.3.7 10.4 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.4.4 10.5 10.5.1 10.5.2 10.5.3 10.5.4 10.6 10.6.1 10.6.2 Zusammensetzung Physikalische Eigenschaften der Mineralöle Viskosität Viskosität-Temperatur-Verhalten Viskosität-Druck-Verhalten Abhängigkeit der Dichte von Temperatur und Druck Abhängigkeit der spezifischen Wärme von Temperatur und Dichte Chemische Eigenschaften der Mineralöle Alterungs (Oxidations) verhalten Thermische Stabilität Richtlinien für die Praxis Wirkstoffe Viskositätsindex-Verbesserer Oxidationsinhibitoren Korrosionsinhibitoren Pourpoint-Erniedriger Schaumdämpfer Polare Zusätze (Reibungs- und Verschleißminderer) Extreme-Pressure-Zusätze Synthetische Flüssigkeiten als Schmierstoffe Ester Silikone Polyglykole Phosphorsäureester Schmierfette Zusammensetzung Kennzeichnung Rheologisches Verhalten Temperatur-Verhalten Prüfung von Schmierstoffen Ungebrauchte Schmierstoffe Gebrauchte Schmierstoffe 213 213 214 214 215 216 217 218 218 218 219 220 220 220 220 221 221 221 221 222 222 224 224 228 229 229 229 11 Schäden an stationären Gleitlagern und ihre Verhütung 231 Dipl.-Ing. H. Huppmann 11.1 Einführung und Schadenstatistik 231 11.2 Produktfehler 236 11.2.1 Bindefehler 236 11.2.2 Porenbildung im Lagermetall 239 11.2.3 Wärmespannungsrisse 241 11.2.4 Konstruktionsfehler 242
11.2.4.1 11.2.4.2 11.2.5 11.2.5.1 11.2.5.2 11.3 11.3.1 11.3.2 11.3.2.1 11.3.2.2 11.4 11.4.1 11.4.2 11.4.3 11.4.4 11.5 11.6 11.6.1 11.6.2 11.6.3 11.6.4 11.6.5 11.6.6 11.6.7 Falsche Toleranz- und Passungswahl Falsche Spielwahl Montage- und Einbaufehler Schrägsitz Falscher Lagereinbau Betriebsfehler Überlastungsschäden Kavitation Strömungskavitation Schwingungskavitation Fremdeinwirkungen Schmierstoff mangel Fremdkörperschäden Stromübergang zwischen Lager und Welle im Betrieb Stromübergang zwischen Lager und Welle im Stillstand Allgemeine Hinweise für Auswahl, Fertigung, Einbau und Inbetriebnahme von Gleitlagern Überwachungs- und Schutzeinrichtungen für Gleitlager Lagermetall-Temperatur Schmierstoff-Temperatur Schmierstoffdruck vor der Lagerstelle Maximaler Schmierstoffdruck Verlagerungsmessung Lagergehäuse- und Wellenschwingungen Belastungsmessung von Axiallagerungen 242 244 245 245 246 247 247 256 256 258 259 259 265 271 276 278 280 280 281 282 284 284 286 288 12 Normen zur Gestaltung, Berechnung, Werkstoffwahl und Qualitätssicherung von Gleitlagern 289 Ing. (grad.) H. Tepper 12.1 12.2 12.3 12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.3.4 12.3.5 12.4 12.5 Einführung Die Normung national im DIN und international in der ISO Stand der Gleitlager-Normung heute Terminologie Werkstoffe, Schmierstoffe, Prüfung Maße und Toleranzen Berechnung Qualitätssicherung Tendenzen für die Gleitlager-Normung von morgen Zusammenfassung 289 291 291 293 293 304 304 304 305 310
Literaturhinweise 311 Autorenverzeichn is 315 Stichwortverzeichnis 316