Berechnung langsam laufender und hoch belasteter Gleitlager in Planetengetrieben unter Mischreibung, Verschleiß und Deformationen

Prölß, Maximilian GND

Eine verlässliche Auslegung von Gleitlagern in Planetengetrieben ist aufgrund der spe-ziellen Kinematik, des Deformationsverhaltens der Bauteile und der hohen Belastungen bei sehr niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten mit der Berechnungssoftware für konven-tionelle Gleitlager nicht möglich. Zur Unterstützung des Konstruktionsprozesses wurde das validierte Lagerberechnungsprogramm COMBROS R an die Randbedingungen in Planetengetrieben angepasst und um ein Mischreibungs- sowie Verschleißmodell er-weitert. Hierbei wird der Festkörperkontaktdruck über das semianalytische Halbraum-modell von Boussinesq an real vermessenen Oberflächen bestimmt und der Einfluss der Oberflächenstruktur auf den hydrodynamischen Druck anhand von Flussfaktoren erfasst. Die Verschleißrechnung erfolgt über das Gesetz von Archard und berücksichtigt neben der makroskopischen Änderung der Spalthöhe wegen eines Materialabtrags auch die mikroskopische Änderung der Oberflächenstruktur. Das implementierte Misch-reibungs- und Verschleißmodul werden mit statischen und dynamischen Betriebspunk-ten an einem Prüfstand validiert. Die Deformationen des Bolzens, Planeten und einer optional verwendeten Schwimmbuchse werden mit Hilfe von Elastizitätsmatrizen er-fasst, deren Dimensionen im Vorfeld auf die Knoten auf der Lauffläche reduziert wur-den, und somit eine effiziente Berechnung der Lagerstellen ermöglichen. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass sowohl Mischreibung als auch Verschleiß transiente Prozesse sind, die maßgeblich von der Oberflächenrauheit abhängen. Weiterhin können alle verwendeten Parameter durch eine umfassende Oberflächenanalyse bestimmt werden. Schließlich ist bei der Simula-tion von Planetenradgleitlagern eine Berücksichtigung der Bauteilteildeformationen unerlässlich, da diese das Betriebsverhalten der Lager deutlich verbessen, und die Ergebnisse der durchgeführten Feldversuche bestätigen.

Calculation software for conventional journal bearings usually cannot predict the behav-iour of planet bearings reliably, because the kinematics as well as the deformations of planet and pin are different. To calculate operating points at high loads and very low circumferential speeds, the validated bearing program COMBROS R was adapted to the boundary conditions in planetary gears and extended by a mixed friction and wear model. The solid contact pressure is determined using the semi analytical half space model from Boussinesq on measured surfaces and the effect of the surface topography on the hydrodynamic pressure is included using flow factors. The wear calculation is based on Archard's law and considers not only the macroscopic change of the gap height due to material removal but also the microscopic change of the surface topogra-phy. The implemented mixed friction and wear module is validated with static and dy-namic operating points on a test rig. The deformations of the pin, planet and an option-ally used floating sleeve are calculated with the help of stiffness matrices, that have been reduced in advance to the nodes on the running surface, thus enabling an efficient computation of the planet bearing. The conducted studies have shown that both mixed friction and wear are transient pro-cesses that depend significantly on the surface roughness. Furthermore, all used pa-rameters can be determined by a comprehensive surface analysis. Finally, it is essential to consider the deformations of the components when simulating planetary bearings, since these significantly improve the operating behaviour and confirm the results of the field tests carried out.

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Prölß, Maximilian: Berechnung langsam laufender und hoch belasteter Gleitlager in Planetengetrieben unter Mischreibung, Verschleiß und Deformationen. Clausthal 2020.

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