| Titel | Versuche zur Ermüdungs-Lebensdauer dynamisch hoch beanspruchter Radialgleitlager |
| Autor | G. Jacobs, P. W. Gold, V. Rombach, M. Limmer |
| Infos zum Autor | Univ.-Prof. Dr.-Ing. G. Jacobs E-Mail: jacobs@ime.rwth-aachen.de Univ.-Prof. Dr.-Ing. P.W. Gold E-Mail: gold@ime.rwth-aachen.de Dr.-Ing. V. Rombach E-Mail: rombach@ime.rwth-aachen.de Dipl.-Ing. M. Limmer E-Mail: limmer@ime.rwth-aachen.de Institut für Maschinenelemente und Maschinengestaltung der RWTH Aachen University Schinkelstr. 10 52062 Aachen URL: http://www.ime.rwth-aachen.de |
| Inhalt | Zusammenfassung Die stetig wachsende Leistungsdichte im Maschinenbau (z. B. im Bereich der Turbomaschinen) erfordert den Einsatz von dynamisch und thermisch hoch festen und hoch belastbaren Weißmetall-Gleitlagern, welche diesen extremen Belastungen gewachsen sind und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer aufweisen. Im Rahmen des DFG-Vorhabens GO684-12-1 wird der Ermüdungsmechanismus von dynamisch belasteten Radialgleitlagern untersucht. Aus den Versuchsergebnissen soll ein geeigneter Ansatz zu möglichen Aussagen über das Ermüdungsverhalten und die Lebensdauer von dynamisch hoch belasteten Radialgleitlagern abgeleitet werden. Die Durchführung von Ermüdungsversuchen am realen Gleitlager unter möglichst realitätsnahen Bedingungen ist notwendig, um eine Verifikation mit Ergebnissen aus einachsigen Versuchen an Werkstoffproben der entsprechenden Legierungen herzustellen, und um die Lücke zwischen Bauteil- und Werkstoffprobenversuchen zu schließen. Nur so kann der Einfluss von Größe und Geometrie des Gleitlagers im Ermüdungsansatz mit berücksichtigt werden. Die Ermüdungsversuche werden am Institut für Maschinenelemente und Maschinengestaltung (IME), die Werkstoffprobenversuche dagegen am Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau (IWM) der RWTH Aachen University durchgeführt. Mittels eines geeigneten Radialgleitlager- Ermüdungsprüfstands werden am IME voll umschlossene Radialgleitlager mit einem Bohrungsdurchmesser von 70 mm bis zum Eintritt eines Ermüdungsschadens bzw. bis zur Definition eines Durchläufers mit einer schwellenden, sinusförmigen Druckbeanspruchung belastet. Die maximale nominelle Flächenpressung bei den Versuchen bei einer konstanten Drehzahl von 3000 min-1 und einer Belastungsfrequenz von 50 Hz liegt bei nom p = 33 MPa. Ziel der Ermüdungsversuche ist die Ableitung einer Bauteilversagenslinie in Abhängigkeit von der Weißmetalllegierung, der Schichtdicke und unter Variation der Mittellast. Zur Detektierung des Schadeneintritts werden die Prüflagertemperatur im Bereich der höchstbelasteten Zone, der Prüföldurchfluss, der Partikelgehalt des Prüföls, sowie ein thermoelektrisches Spannungssignal bei Mischreibungsbeginn zwischen Welle und Lagerschale erfasst. Zudem werden mittels der Finiten-Elemente-Methode (FEM) Modelle der Gleitlagerschalen erstellt, um den Hauptspannungstensor und die Vergleichsspannung in der höchstbelasteten Zone für eine stationäre Druckverteilung und unter Berücksichtigung der elastischen Verformung der jeweiligen Weißmetallschicht analytisch zu ermitteln. Der Hauptspannungstensor soll anschließend in Korrelation mit den Spannungen aus den Probenversuchen gesetzt werden. Zudem soll er als Eingangsgröße für die Bewertung unterschiedlicher Versagenshypothesen einfließen. Abstract Highly loaded plain journal bearings gain in importance e.g. in the range of turbines or piston engines. An approaching safety assessment against dynamic overload could be made in consideration with the analysis of the damage mechanism of journal bearings under derivation of characteristic values for their calculation based on material testing samples. A test rig has been developed at the Institute for Machine Elements and Machine Design (IME) at RWTH Aachen University to characterize dynamic properties and fatigue behaviour of plain journal bearings. For the investigation a sinusoidal dynamic load up to nom p = 33 MPa is used which is generated by a hydraulic cylinder shaker system. The rig is set to test bearings with 70 mm bore diameter at speeds up to 3000 rpm. Measurement of the temperature underneath the sliding layer can be done in the area with the highest stress. Furthermore, the particle size in the test oil is monitored to detect the fatigue start point. An adaptive sending unit system is used to detect failure fatigue of the bearing using the thermo couple effect. Contemporaneous to the fatigue tests calculations of the reduced stress and the stress tensor with the finiteelement method have been made. These results are used as input data for the comparison of several stress criteria. |
| Datum | 2009 |
