Simulationsbasierte Verschleißprognose einer hydrodynamischen Gleitlagerung für stationäre Reibungszustände

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Ein häufig eingesetztes Maschinenelement zur Übertragung von Kräften zwischen Bauteilen sind Gleitlager. Wichtige Anforderungen bei der Auslegung eines Gleitlagers sind geringe Reibung, geringer Verschleiß und eine hohe Ausfallsicherheit. Durch die zunehmend komplexer werdenden Anwendungen einerseits und um Kosten einsparen zu können andererseits, ist die alleinige experimentbasierte Auslegung nicht mehr zeitgemäß. Für die experimentelle Auslegung sind umfangreiche Versuchsreihen notwendig, welche kosten- und zeitintensiv sind. Die numerische Auslegung kann in Zukunft den Auslegungsprozess maßgebend beschleunigen sowie die Kosten reduzieren. In der Vergangenheit wurden diverse Ansätze zur Verschleißberechnung erarbeitet. Allerdings stellt die Nichtlinearität des Verschleißfortschrittes eine besondere Herausforderung dar. Viel Potential bietet die Kombination eines virtuellen Simulationsmodells mit einem hochwertigen physikalischen Experiment. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Simulationsmodell zur Berechnung des Verschleißes am Beispiel eines hydrodynamischen Gleitlagers erstellt. Das Modell basiert auf dem Verschleißmodell nach Archard und berücksichtigt dabei die Nichtlinearität des Verschleißes. Dies soll mit einem zeitabhängigen Kontaktmodell und der Anpassung der Lagergeometrie, welche durch den fortschreitenden Lagerverschleiß verursacht wird, realisiert werden. Das Simulationsmodell beinhaltet die Festkörpermechanik zur Beschreibung des elastischen Verhaltens der Bauteile sowie die Makro- und Mikrohydrodynamik, um den Druckaufbau im Schmierspalt zu berechnen. Zur Bestimmung der notwendigen Parameter für das Simulationsmodell und Validierung der Simulationsergebnisse werden physikalische Versuche an einem Rotationstribometer durchgeführt. Durch die Messung des gravimetrischen Verschleißes kann, gekoppelt mit der Simulation, der für das tribologische System spezifische Verschleißkoeffizient C bestimmt werden. Validierungsversuche am Prüfstand werden mit Hilfe der erarbeiteten Methodik nachsimuliert. Gute Übereinstimmungen zwischen experimentell und virtuell bestimmter Verschleißwerte konnten erzielt werden. Erst mit Hilfe des Verschleißkoeffizienten C und des zeitlich lokal aufgelösten Kontaktdruckes kann Verschleiß für komplexere Anwendungen wie Gleitlagerungen lokal und zeitlich detailliert berechnet werden. Es zeigte sich, dass die lokale Geometrieanpassung und der Einfluss des Kontaktmodells eine besondere Rolle spielen.

Details

Titel in ÜbersetzungSimulation-based wear prediction of a hydrodynamic journal bearing for stationary friction conditions
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung18 Dez 2020
StatusVeröffentlicht - 2020