Konstruktion C Labor · Geschwindigkeitsdifferenzen im Fluid bei hydrodynamischen Gleitlagern Gleitbewegung von parallelen Schichten. Schubspannung τnach Newton‘schem Schubspannungsansatz:

Prof. Dr.-Ing. Andreas Meyer-Eschenbach, HAW Hamburg, Konstruktion C Laboreinführung Sommersemester 2016 1

Konstruktion C LaborLaboreinführungOrganisationGrundlagenerste Übersicht über VersucheRheologie und Tribologie

Einteilung in Laborteams am Ende

HAW Hamburg

Technik und InformatikFakultät TI

Diese Folien sind nur für Lehrzwecke an der HAW Hamburg bestimmt !


Vorstellung

Vorstellung

Prof. Dr.-Ing.Andreas Meyer-Eschenbach

Dipl.-Ing.Niels Eiben

Dipl.-Ing.Thomas Rieling

Institut für Konstruktion und ProduktentwicklungLabor für Maschinenelemente und Tribologie

Sprechstunde: Di. 3. u. 4. Viertel


Inhalte der 1. Laboreinführung

Inhalt

Vorstellung

1 Laborräume2 Organisation

3 Grundlagen zur Tribologie4 Grundlagen zu Schmierstoffen

5 Laborversuche6 Laborversuche zu Verzahnungen

Rheologie und Tribologie

offene FragenEinteilung in Laborteams

4

Labor für Maschinenelemente und Tribologie (MuT)

Prof. Dr.-Ing. Andreas Meyer-Eschenbach, HAW Hamburg, Konstruktion C Laboreinführung Sommersemester 2016

Büro

Tribologie-versuche

Tribologie-auswertung

1 Labore

Getriebe-versuche

5



1 Labore

6



1 Labore


Laborversuche

Welche Laborversuche führen Sie durch ?

• Verzahnungsanalyse

• Wirkungsgradermittlung eines Zahnradgetriebes

• Getriebeanalyse

• Reibwertermittlung

• Schmierfettuntersuchung

• Verschleißuntersuchung (Mikroskopie)

• Betriebsstoffuntersuchung

• Getriebeanalyse

• ….

....2 Organisation


Ablauf der Laborübungen

2 Organisation und Übersicht

Folien der von der Homepage laden (MuT)

Drucken im Maßstab 1:1 (nicht verkleinert)

Folien lesen/studieren

Vorbereiten

auf die

Übung

Sicherheitshinweise beachten !

Aufmerksames Verfolgen und Analysieren der Inhalte

Bei Bedarf Rückfragen stellen

Bearbeiten der gestellten Seminaraufgaben

Beantworten der gestellten Fragen

Aktiv

teilnehmen

an Übung

(Seminar)

Selbstständiges Dokumentieren der Übung

Termingerechtes Abgeben des Protokolls

Nachbereiten

der Übung

��


Vereinbarungen – Spielregeln zu Kon4 Labor

Was erwarten wir von Ihnen?

Unterstützung des Labors durch aktive Vorbereitung,Beteiligung und Nachbereitung...

Pünktlich und vorbereitet erscheinenSicherheitshinweise beachten !………

geeignetes Feedback: Feedbackmail, Kurzevaluation

08:15Konkrete Spielregeln

10:00

2 Organisation und Übersicht

10

Tribologie (vgl. KonA und KonB)


Bei welchen Maschinenelementen haben Sie bisherKenntnisse zur Tribologie angewendet ?

3 Grundlagen zur Tribologie

Bei welchen Maschinenelementen haben Sie Verschleißdurch Reibung erkannt ?

µµµµ Reibwert,( auch νννν oder f )


Festkörper reibung (trockene Reibung)

Reibungszustände

Misch reibung

Flüssigkeits reibung



Reibungszustände im Gleitlager

Trockene Reibung:Lagerkräfte durch Festkörperkontakt übertragen.Gleitlager muss Reibungskraft der Festkörperreibung überwinden.Energieverlust, Erwärmung, Verschleiß.Gleitlager braucht großes Spiel.

nach Spyzin, N. A.: Ausgewählte Kapitel über neuzeitliche Maschinenelemente. VEB Verlag Technik Berlin, 1955. Seite 169. (Beitz 13.022)

Halbflüssige- oder Mischreibung:Lagerkräfte durch Festkörperkontakt und Fluid übertragen.Gleitreibungszahl niedriger.

Flüssigkeitsreibung:Lagerkräfte durch Fluid (Öldruck oder Gasdruck) übertragen.Deutlich niedrigere Gleitreibungszahl. Verschleißfrei.



Analogien zur hydrodynamischen Schmierung

Aquaplaning

Gleitphase bei Booten



Stribeck-Kurve

nach Beitz, Bild 13.023

Gle

itrei

bung

szah

l / R

el. B

etrie

bsla

gers

piel

Drehzahl

sei konstant



Wälzlagerlebensdauer

La = a1 �� a23 �� f t �� L 10 (Modifizierte Lebensdauergleichung)

a1 Lebensdauerbeiwert für Erlebenswahrscheinlichkeit

(90%: 1, 95%: 0,62, 96%: 0,53, 97%: 0,44, 98%: 0,33, 99%: 0,21)

a2 Lebensdauerbeiwert für Werkstoff , Wärmebehandlung

a3 Lebensdauerbeiwert für Betriebsbedingungena2 • a3 = a23 als Zusammenfassung der Einflüsse von a2 und a3

ft Temperaturfaktor (150°C: 1, 200°C: 0,73, 250°C: 0,42, 300°C: 0,22)


p

P

CL

=L Lebensdauer in 106 UmdrehungenC Tragzahl (abhängig vom Lagertyp)P äquivalente Lagerbelastungp Beanspruchungskomponente

p = 3 für Rillenkugellager undp = 10/3 für Rollenlager)


a23-Beiwert

Bereich I: Höchste Sauberkeit (Übergang zur Dauerfestigkeit)

Bereich II: Normale Sauberkeit

Bereich III:Ungünstige Schmier-bedingungen

κ Viskositätsverhältnisν Betriebsviskosität des

Schmierstoffsν1 Bezugsviskosität

Quelle: FAG Industrial Bearings AG (Hrsg.): FAG Wälzlager. Katalog WL 41 520/3 DB, Schweinfurt, 1999, S.45

Grenzschicht-reibung

Hydrodyn.ReibungMischreibung



Wirkprinzip reibschlüssiger Kupplungen

Mechanisches Modell:nach VD1 2241

zR: Anzahl d. Reibpaarungen = 1 MK =

MK MK

FNFN

rm

MK

AntriebJA,ω10

LastJL ,ω20

MLMA

Motor Schwung-rad

Getriebe Last

µµµµ • FN • rm • zR



Ausgewählte Reibpaarungen

Nasslauf Trockenlauf

Sinter-bronze/Stahl

Papier/Stahl

Sinter-bronze/Stahl

organ.Beläge/Guss

Gleitreibungszahl µ 0,05bis 0,10

0,10bis 0,12

0,15bis 0,30

0,3bis 0,4

max. Gleitgeschwindigkeit[m/s]

40 30 25 40

max. Reibflächenpressung[N/mm²]

4 2 2 1

zul. Reibleistung qA,zul.[W/mm²]

1,5bis 2,5

1,0bis 2,0

1,5bis 2,0

3,0bis 6,0



Viskosität

Viskosität: Maß für die Zähflüssigkeit eines Fluids

Hohe Viskosität: sehr zähflüssiges (sehr dickflüssiges) Fluid

Niedrige Viskosität: wenig zähflüssiges (sehr dünnflüssiges) Fluid

Was bedeutet Viskosität einer Flüssigkeit ?

dynamische Viskosität: 1 Ns/m2 = 1 Pa·s

Beispiele für dynamische Viskosität von Fluiden bei 20°C in mPa·s :

Luft 0,02

Wasser 1

Olivenöl 100

Honig 10.000

Werte leicht gerundet

4 Grundlagen zu Schmierstoffen


x

yz

h (y)vx

vx =0

vx Platte

Fb

l

dynamische Viskosität:

kinematische Viskosität:

Was ist Viskosität ?

Newton‘scher Schubspannungsansatz

dy

d xvητ =

ρη=v

ηηηη = dynamische Zähigkeit/Viskosität [Ns/m²] [Pa s]

ρρρρ = Dichte



Newton‘scher Schubspannungsansatz

Geschwindigkeitsdifferenzen im Fluid bei hydrodynami schen GleitlagernGleitbewegung von parallelen Schichten.Schubspannung τ nach Newton‘schem Schubspannungsansatz:

dy

dvητ = η = dynamische Zähigkeit/Viskosität [Ns/m²] [Pa s]η groß � höherer Druckwiderstand, aber auch höhere Reibung

Wasser: 0,001 Ns/m2 bei 20°Olivenöl: 0,1 Ns/m2

Honig: 1,5 Ns/m2

Luft: 0,000018 Ns/m2

r

ω v = ω ⋅ r

v = 0


22

Luftlagerprüfstand



Versuche zur Rheologie und Tribologie

5 Laborversuche

s. Vortrag von Herrn Rieling direkt im Anschluss


Versuche zu Zahnradgetrieben (Montageablauf)

5 Laborversuche

Montageablaufeines Stirnradgetriebes

25

Verzahnungen in einem Stirnradgetriebe


Getriebemotor mit 3-stufigem Stirnradgetriebemit 4 parallelen Wellen und 3 verschiedenen Achsabständen

Quelle: Getriebebau NORD, Produktkatalog6 Versuche zu Verzahnungen


Verzahnungsmodell

Ziel der Analyse:

Messtechnische und rechnerische Ermittlung der relevanten Abmessungen undKlärung von deren Einfluss auf funktionale Eigenschaften der Verzahnun g,wie z.B. Zahneingriff, Kopfspiel, Flankenspiel, …

6 Versuche zu Verzahnungen


Aufbau des Verzahnungsmodells

Grundplatte mitdrehbar gelagertem Stahlritzel in der Mitteundvier baugleichen Kunststoffzahnrädern,die jeweils in leicht unterschiedlichen Achsabständen angeordnet sind undebenfalls drehbar gelagert sind.

Alle Zahnräder sind evolventenverzahnt, besitzen einem Normmodul nach DIN und sind ohne Profilverschiebung gefertigt.



Ermittlung der relevanten Daten

Ermitteln Sie die Zähnezahl der Zahnräder und vermessen den Achsabstand !

Bestimmen Sie mit diesen Daten den Modul und berechnen Sie alle relevanten Maße der Zahnradpaarung !

Tragen Sie die berechneten Werte in eine Tabelle ein messen Sie (soweit möglich)an den tatsächlichen Bauteilen nach und tragen die Messwerte ebenfalls in die Tabelle ein !



Versuche zu Zahnradgetrieben (Verzahnungsmodell)

Vermessung,Berechnung und Überprüfung an einem Verzahnungsmodell



Sammlung der relevanten Daten

Berechnet Gemessen

Zähnezahl z1 (Ritzel)

Zähnezahl z2…5

Achsabstand a

Modul m

Teilkreis -Ø

Kopfkreis -Ø

Fußkreis -Ø

Wälzkreis -Ø

Flankenspiel

Kopfspiel

Eingriffslänge

Maße in mm6 Versuche zu Verzahnungen


Verzahnungsmodell



Verzahnungsmodell

Kopfspiel

Flankenspiel


Weiterführende Fragen zum Verzahnungsmodell

1. Welche Übersetzung hat eine Zahnradpaarung (Ritzel und Zahnrad) ?

2. Wäre das Zähnezahlverhältnis in der Praxis sinnvoll ?Welche konkrete Verbesserung würden Sie vornehmen, wenn die Übersetzung weitgehend gleich sein soll ?

3. Welchen Einfluss hat der Achsabstand auf die Funktion ?

4. Wie kann man die Übersetzung ändern, wenn weder der Achsabstand noch der Modul geändert werden sollen ?Schlagen Sie eine konkrete Änderung vor !

5. Wie verändern sich die funktionsrelevanten Durchmesser und die Eingriffslänge nach der soeben vorgeschlagenen Änderungsmaßnahme ?



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