Experimentelle Untersuchung der Auswirkungen von Axialschwingungen auf Reibung und Verschleiß in Zylinderrollenlagern

Experimental investigation of the effects of axial oscillations on friction and wear in cylindrical roller bearings

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-148301
  • Zylinderrollenlager erfahren in verschiedenen Anwendungen hohe dynamische Zusatzbeanspruchungen durch axiale Schwingungen der Wellen. Zur Realisierung einer reibungsarmen und latzsparenden, aber dennoch zuverlässigen und verschleißfreien Wälzlagerung unter Axialschwingungen ist bei dessen Auslegung die Bestimmung der Reibungsverluste sowie des Verschleißrisikos hilfreich. Diese Dissertation setzt sich deshalb zum Ziel, diese Reibungsverluste analytisch vorherzusagen und die Auswirkungen von Axialschwingungen auf das Verschleißrisiko zu bestimmen. Hierzu werden der derzeitige Stand der Forschung im Themenfeld Schwingungen an Wälzlagern dokumentiert, zwei spezielle WälzlagerprüfständeZylinderrollenlager erfahren in verschiedenen Anwendungen hohe dynamische Zusatzbeanspruchungen durch axiale Schwingungen der Wellen. Zur Realisierung einer reibungsarmen und latzsparenden, aber dennoch zuverlässigen und verschleißfreien Wälzlagerung unter Axialschwingungen ist bei dessen Auslegung die Bestimmung der Reibungsverluste sowie des Verschleißrisikos hilfreich. Diese Dissertation setzt sich deshalb zum Ziel, diese Reibungsverluste analytisch vorherzusagen und die Auswirkungen von Axialschwingungen auf das Verschleißrisiko zu bestimmen. Hierzu werden der derzeitige Stand der Forschung im Themenfeld Schwingungen an Wälzlagern dokumentiert, zwei spezielle Wälzlagerprüfstände vorgestellt sowie gängige Berechnungsmodelle der Reibungsverluste und Temperaturerhöhungen von Wälzlagern diskutiert. Es folgt ein experimentelles Versuchsprogramm mit Axialschwingungen verschiedener Amplituden und Frequenzen an einem mit unterschiedlichen Drehzahlen und Radiallasten beanspruchten, mit Minimalmenge geschmierten Zylinderrollenlager NU 210. Darauf aufbauend wird ein empirisches Berechnungsmodell der Reibungsverluste und Temperaturerhöhungen entwickelt. Zudem erfolgt eine eingehende Untersuchung des Verschleißverhaltens. Die gewonnenen Erkenntnisse unterstützen den Konstrukteur bei der optimalen Auslegung einer Wälzlagerung unter Axialschwingungen. Dies bietet Potential für Energieeinsparung und Downsizing und verbessert die Zuverlässigkeit der Wälzlagerung.show moreshow less
  • In various applications, cylindrical roller bearings are subjected to high additional dynamic loads due to axially oscillating shafts. In order to realize a compact bearing design with minimal friction losses but maximal reliability and wear resistance, it is helpful to determine the friction losses and the risk of wear due to axial oscillations. Therefore, this dissertation aims at analytically predicting these friction losses and determining the effects of axial oscillations on the formation of wear. Hence, the essential research activities in the field of rolling element bearings with oscillations are documented, two rolling bearing test rigs are presented, and common calculation modelsIn various applications, cylindrical roller bearings are subjected to high additional dynamic loads due to axially oscillating shafts. In order to realize a compact bearing design with minimal friction losses but maximal reliability and wear resistance, it is helpful to determine the friction losses and the risk of wear due to axial oscillations. Therefore, this dissertation aims at analytically predicting these friction losses and determining the effects of axial oscillations on the formation of wear. Hence, the essential research activities in the field of rolling element bearings with oscillations are documented, two rolling bearing test rigs are presented, and common calculation models of friction losses and operating temperatures of rolling element bearings are discussed. This is followed by an experimental test program with axial oscillations of various amplitudes and frequencies applied to a cylindrical roller bearing NU 210, loaded with different speeds and radial loads, while lubricated with minimum quantity. Subsequently, an empirical calculation model of the friction losses and temperature rises is developed, and the wear behaviour is investigated. The knowledge gained supports design engineers in finding optimal designs for rolling element bearings with axial oscillations. This offers potential for energy saving and downsizing and improves reliability of rolling element bearings.show moreshow less

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Metadaten
Author:Andreas MeinelORCiD
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-148301
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-359-5
ISBN:978-3-96147-359-5
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (355)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Sandro Wartzack, Athanassios Mihailidis
Advisor:Sandro Wartzack
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2020
Date of online publication (Embargo Date):2020/10/27
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2020/07/28
Release Date:2020/10/28
Tag:Axialkraft; Axialschwingungen; Schwingungen; Zylinderrollenlager
SWD-Keyword:Wälzlager; Schwingung; Reibung; Verschleiß; Temperatur; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xii, 162 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-358-8
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International