Dynamic simulation of cylindrical roller bearings

• Dynamische Simulation von Zylinderrollenlagern

Qian, Weihua; Jacobs, Georg (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2014)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein dreidimensionales Simulationsmodell für Zylinderrollenlager, basierend auf der Mehrkörpersimulationssoftware SIMPACK und der Programmiersprache FORTRAN entwickelt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines universellen Programms zur Berechnung des dynamischen Verhaltens von Zylinderrollenlagern. Das Programm integriert den überwiegenden Teil der Funktionen wie beispielsweise das Scheibenmodell, die gegenseitigen Einflüsse von benachbarten Scheiben, das grundlegende dreidimensionale Simulationsmodell, die Berechnung der Schmierfilmhöhe und Dämpfungskräfte, das Radialspiel, das Spiel zwischen Wälzkörper und Käfigtasche, die Fliehkräfte und die Hysterese der Dämpfungskräfte gemäß Stand der Technik aus bestehenden Programmen. Die im Rahmen der vorgelegten Arbeit entstandenen Funktionserweiterungen können wie folgt zusammengefasst werden:1) Die Wälzkörper-Tasche Kontaktsteifigkeiten werden berücksichtigt und mit Hilfe der Finite-Elemente-Analyse berechnet. 2) Die drei Typen von Käfigführungen, die Rollenführung, Innenringführung und Außenringführung werden detailliert modelliert.3) Die Geometrie der Käfigtasche wird für die Kontakterkennung berücksichtigt.4) Die Elastizität des Käfigs wird durch den Import reduzierter Finite-Elemente-Modelle abgebildet.Dieses erweiterte Modell des Zylinderrollenlagers wird mit Messungen validiert und zeigt eine gute Übereinstimmung. Außerdem werden zur weiteren Plausibilisierung des Modellverhaltens aber auch zur Erweiterung des Verständnisses des dynamischen Verhaltens von Zylinderrollenlagern - wie beispielsweise Schlupf des Wälzkörpers, Wälzkörper-Tasche Kontaktkräfte und Orbitalverhalten des Käfigs - Parametervariationen im Hinblick auf unterschiedliche Käfigmaterialien, Käfigführungen, Radialspiele sowie Spiele zwischen Wälzkörper und Käfigtasche durchgeführt. Schließlich wird das Lager-Modell in ein bestehendes MKS-Modell einer Windenergieanlage und zwar in das Hauptgetriebe der Anlage integriert, um eine Plausibilisierung des Lagermodells anhand bekannter Verhaltensweisen der Lager in Windenergieanlagen zu überprüfen. Durch die Weiterentwicklung des Simulationsmodells wird der heute etablierte Funktionsumfang erweitert und damit die Lagerauslegung in der Projektierung aber auch das Verständnis grundlegender dynamischer Wirkzusammenhänge bei der Entwicklung von Zylinderrollenlagern verbessert.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung [411710]