Thermisches und mechanisches Verformungsverhalten mittig abgestützter Kreissegmentlager

Aufgrund der Anforderungen an immer höhere Leistungen und Leistungsdichten bei gleichzeitig steigenden Umfangsgeschwindigkeiten sollten im Rahmen dieser Arbeit gezielte Verbesserungen und Erweiterungen der Berechnungsgrundlagen erfolgen, die eine praxisgerechtere Beurteilung von hydrodynamischen Axialgleitlagern mit kreisförmigen Segmenten erlauben, da mit den in der Praxis gebräuchlichen Berechnungsgrundlagen und - programmen sich die Simulation des Verhaltens von Kreissegmentlagern für viele, häufig auftretende Betriebssituationen und Lagerkonstruktionen nur unzureichend erfüllen lässt. Hierbei sollte insbesondere das Verformungsverhalten aufgrund thermischer und mechanischer Einflüsse herausgestellt werden. Das dafür entwickelte Berechnungsprogramm COMBROS A kann das Betriebsverhalten von Axialgleitlagern auch mit Bauformen gebräuchlicher Ausführungen beschreiben. Die zweidimensionale Druckverteilung im Schmierspalt wird anhand einer verallgemeinerten Form der Reynolds’schen Differenzialgleichung ermittelt und zur Bestimmung der dreidimensionalen Temperaturverteilung muss die aus dem Energieerhaltungssatz stammende Energiegleichung für inkompressible Strömungen sowie die Wärmeleitungsgleichungen im Segment und in der Spurscheibe gelöst werden. Die numerische Lösung dieser Gleichungen erfolgt in Zylinderkoordinaten mit Hilfe der Finite-Volumen-Methode (FVM). Die Implementierung des Axiallagerberechnungsprogramms COMBROS A erfolgt in der Programmiersprache MATLAB ®. Darüber hinaus ist zur Ermittlung der Verformung das hydrodynamische Berechnungsprogramm mit einem FEM-Programm zu koppeln oder um eine optimierte Näherungsgleichung zu erweitern. COMBROS A zeigt durch Vergleich mit experimentellen und Literaturergebnissen gute bis sehr gute Übereinstimmungen. Dabei hat sich eine optimierte Näherungsgleichung als Alternative zur Kopplung mit einem FEM-Programm gezeigt. Die Verformung hängt vom Druck und in starkem Maße von der Temperaturverteilung im Lager ab. Dabei ist die Temperaturdifferenz zwischen Ober- und Unterseite des Segmentes besonders zu beachten. Der Druck im Schmierfilm und die Temperatur auf den Segmentoberflächen weisen stetig ein gleiches Muster auf und unterscheiden sich, je nach Betriebsbedingungen in den Höhen ihrer Verläufe. Innerhalb des Segmentes gleichen sich die Temperaturen immer mehr in Richtung der Wärme abgebenden Fläche aus. Dass Kreissegmentlager, bei denen lediglich auf deren relativ gering belastete Eckflächen verzichtet wird, gegenüber Kreissektorsegmentlagern bessere tribologische Eigenschaften besitzen, konnte sich bei den durchgeführten Vergleichsrechnungen nicht bestätigen. Die beim Kreissegment fehlenden Eckflächen führen im Umkehrschluss beim Sektorsegment zu einem Tragkraftgewinn. Bei gleicher Belastung stellt sich somit ein höheres Druck- und Temperaturniveau im Schmierfilm des Kreissegmentes ein.