Experimentelle und theoretische Untersuchung eines stark verkanteten Axialgleitlagers mit mechanischem Schiefstellungsausgleich
Die Optimierung von Lagerungen in Bezug auf Effizienz und Funktionssicherheit
ist speziell im Hinblick auf Axiallagerungen von großer Wichtigkeit.
Für eine sichere Auslegung von Gleitlagern ist im Allgemeinen die Berücksichtigung
einer zur Lagerfläche, durch Einflüsse wie Planlauftoleranz oder
Querschub, verkantet laufendenWelle notwendig. Durch die Verkantung wird
das Lager asymmetrisch belastet, somit werden einzelne Segmente sehr stark
beansprucht. Dies steht im Widerspruch zu einem effizienten Lager.
Zum Ausgleich einer für einen sicheren Betrieb zu großen Verkantung ist eine
sich der Schiefstellung anpassende Lagerung zielführend. In einer Variante
dieser Lagerung können sich die einzelnen Segmente durch einen Mechanismus
entsprechend der anliegenden Kraft absenken und anheben. Ein solcher
Mechanismus ist allerdings durch innere Reibung und die Kinematik in seinem
Vermögen, sich auf dieWelle auszurichten, eingeschränkt. Zur Auslegung
des Lagers stellt sich nun die Frage, in welcher Größenordnung die verbleibende
Verkantung zwischen der Schiefstellung der Welle und dem nachgestellten
Lager liegt.
Hierfür wird ein mathematisches Modell erstellt, das diese verbleibende Schiefstellung
abhängig von der inneren Reibung, den äußeren Kräften und der
Lagerkennwerte auf Grundlage der Kinematik des Mechanismus bestimmt.
Neben der Modellierung des Mechanismus wird ein Prüfstand konstruiert,
mit dessen Hilfe die im System verbleibende Schiefstellung bei verschieden
starken initialen Verkantungen und Belastungen bei einem breiten Spektrum
an Umfangsgeschwindigkeiten aufgezeichnet werden kann. Die experimentelle
Untersuchung des Ausgleichsmechanismus zeigt einen großen Einfluss
der Entwicklung der Kraft im Schmierspalt auf das Systemverhalten. Außerdem
wird bei verkanteter Spurscheibe trotz des Ausgleichsmechanismus
unabhängig von den Betriebsbedingungen immer eine Restschiefstellung im
Experiment und in der Modellierung identifiziert.
Das Ergebnis der Arbeit ist die Bewertung von Einflussgrößen auf die Restschiefstellung
durch das vereinfachte mechanische Modell und die Messung
mittels des Prüfstands, sowie der Vergleich mit Daten aus der Literatur.
Mit den in der Literatur gefundenen Aussagen findet sich eine gute Übereinstimmung.
Der direkte Vergleich zwischen der Modellierung und den experimentell
ermittelten Restschiefstellungen zeigt eine ausreichend gute Übereinstimmung.
The optimization of bearing arrangements in terms of efficiency and functional reliability is particularly important with regard to thrust bearings. For a safe design of those bearings, it is generally necessary to take into account a shaft that is tilted in relation to the bearing surface due to influences such as axial run-out tolerance or lateral thrust. Due to the tilting, the bearing is loaded asymmetrically, meaning that individual segments are subjected to very high loads. This is contrary to an efficient bearing.To compensate for a tilting that is too large for safe operation, a bearing that adapts to the tilted position is expedient. In one variant of this bearing, the individual segments can be lowered and raised by a mechanism according to the force applied. However, such a mechanism is limited in its ability to align itself with the shaft due to internal friction and the kinematics. For the design of the bearing, the question now arises as to the magnitude of the remaining tilting between the tilted position of the shaft and the adjusted bearing. For this purpose, a mathematical model is created that determines this remaining misalignment depending on the internal friction, the external forces and the bearing characteristics based on the kinematics of the mechanism. In addition to modeling the mechanism, a test rig is constructed to record the remaining misalignment in the system at different initial tilts and loads at a wide range of circumferential speeds. The experimental investigation of the balancing mechanism shows a major influence of the development of the force in the lubrication gap on the system behavior. In addition, a residual misalignment is always identified in the experiment and in the modeling when the track disc is tilted, despite the compensation mechanism, regardless of the operating conditions.
The result of the work is the evaluation of influencing variables on the residual misalignment by the simplified mechanical model and the measurement using the test bench, as well as the comparison with data from the literature. There is good agreement with the statements found in the literature. The direct comparison between the modeling and the experimentally determined residual misalignments shows sufficiently good agreement.
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