Entwicklung eines Simulationsmodells zur Analyse von Wirkmechanismen in Pendelrollenlagern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pendelrollenlager nehmen hohe radiale und axiale Kräfte auf, sind winkeleinstellbar und finden sich beispielsweise in Anwendungen mit erhöhter Wellendurchbiegung, Stößen oder Vibrationen. Zur Untersuchung der Belastungszustände innerhalb der Lager kann sich der Mehrkörpersimulation (MKS) bedient werden, jedoch existierten bisher keine Modelle für das Pendelrollenlager. Aus diesem Grunde wurden im Rahmen dieses Projektes MKS-Simulationsmodelle von Pendelrollenlagern aufgebaut und mittels Prüfstandsversuchen validiert. Es ist ein vollparametrisches Modell eines Pendelrollenlagers in der kommerziellen Mehrkörper-Simulationsumgebung MSC.ADAMS entwickelt worden. Das Modell beinhaltet eine analytische 3D-Kontakterkennung sowohl zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen als auch zwischen Wälzkörpern und Käfigen. Die am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT) erstellten Kontaktroutinen erlauben eine genaue Ermittlung der im Kontakt herrschenden Bedingungen. Es existieren in der genutzten MKS-Software zwar Kontaktroutinen, diese sind jedoch zur genauen Abbildung der Effekte im Kontakt unzureichend. Deshalb ist man im MEGT dazu übergegangen, die gesamte Berechnung bezüglich der Kontakte in eigenentwickelte Subroutinen auszulagern, in denen eine sehr viel präzisere Abbildung der Zustände erfolgen kann. Neben der Berechnung der Kontaktnormalkräfte liegt der Fokus hier auf einer möglichst genauen Reibungsberechnung, die sich hauptsächlich aus Festkörper- und EHD-Reibung zusammensetzt. Effekte wie beispielsweise Schmierstoffkompression und Temperaturerhöhung werden insbesondere berücksichtigt. Die Validierung der Dynamikmodelle erfolgte durch Vermessung des Lagerverhaltens am Prüfstand. Der hierfür am MEGT existierende Reibmomentprüfstand ermöglicht die Ermittlung der integralen Lagerreibung, die dem Reibmoment entspricht. Für dieses Projekt wurde der Prüfstand um eine stärkere Hydraulik und zwei induktive Sensoren erweitert, um die Käfigdrehzahlen zu erfassen. Somit konnten bei geteilten Käfigen die unterschiedlichen Drehzahlen beider Wälzkörperreihen erfasst und für die Modellvalidierung verwendet werden. Das Ziel der validierten Modelle ist, diese für wissenschaftliche Untersuchungen nutzbar zu machen. Dies ist aufgrund ihrer Parametrisierung ohne Aufwand möglich. Sie eigenen sich zudem nicht nur für Einzeluntersuchungen am Lager, sondern können in der allgemein zugänglichen MKS-Software MSC.ADAMS von Anwendern in eine beliebige Umgebungskontruktion integriert werden. Der modulare Aufbau erlaubt es zunächst mit vereinfachten Berechnungsmethoden zu beginnen und bei Erkennung von Problemen die Kontaktverhältnisse einer genaueren Beanspruchungsanalyse zu unterziehen. Seiner Zielsetzung entsprechend kann der Anwender zwischen Optimierung der Rechenzeit oder Detaillierung der Kontaktstellen auswählen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Investigation of inner contact and friction conditions of a spherical roller bearing using multi-body simulation. periodica polytechnica Mechanical Engineering 55/2 (2011), ISSN 0324-6051
Fiedler, S.; Kiekbusch, T.; Bauer, B.
- Untersuchung der Kontakt- und Reibungsbedingungen im Wälzkörper-Laufbahn-Kontakt beim Pendelrollenlager. GfT- Tagung Göttingen 2011
Kiekbusch, T.; Fiedler, S.; Sauer, B.
- Influence of Inner Geometry on Friction Torque of Spherical Roller Bearings. Gépészet 2012, Budapest, 24.-25. May 2012
Fiedler, S.; Kiekbusch, T.; Sauer, B.
