1、Januar 2017DEUTSCHE NORM Preisgruppe 15DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 21.100.10!%uG“2588236www.din.deDIN 31652-1Gleitlager Hydrodynamische Radial-Gleitlage
2、r im stationren Betrieb Teil 1: Berechnung von KreiszylinderlagernPlain bearings Hydrodynamic plain journal bearings under steady-state conditions Part 1: Calculation of circular cylindrical bearingsPaliers lisses Paliers hydrodynamiques radiaux fonctionnant en rgine stabilis Partie 1: Calcul des pa
3、liers cylindriques circulairesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frdie 2012-01 zurckgezogene NormDIN 31652-1:1983-04www.beuth.deGesamtumfang 34 SeitenDDIN-Normenausschuss Wlz- und Gleitlager (NAWGL)DIN 31652-1:2017-01 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich 4 2
4、 Normative Verweisungen 4 3 Allgemeine Grundlagen, Annahmen und Voraussetzungen . 4 4 Auslegungsverfahren 7 4.1 Ablauf und Anwendungshinweise 7 4.2 Formelzeichen und Einheiten 8 4.3 Tragfhigkeit . 12 4.4 Reibleistung . 13 4.5 Schmierstoffdurchsatz und Schmierstoffzufhrung . 13 4.6 Wrmebilanz . 16 4.
5、7 Zu prfende Betriebszustnde Auswertung der Berechnungsergebnisse . 21 (normativ) Berechnungsbeispiele 23 Anhang AA.1 Beispiel 1 . 23 A.1.1 Aufgabenstellung 23 A.1.2 Abmessungen und Betriebsdaten . 23 A.1.3 Berechnung anhand des Ablaufplans nach Bild 4 . 24 A.2 Beispiel 2 . 31 A.2.1 Aufgabenstellung
6、 31 A.2.2 Abmessungen und Betriebsdaten . 31 A.2.3 Berechnung anhand des Ablaufplans nach Bild 4 . 31 Literaturhinweise . 34 DIN 31652-1:2017-01 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 118-02-04 AA Gleitlagerberechnung“ im DIN-Normenausschuss Wlz- und Gleitlager (NAWGL) erarbeitet. E
7、s wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 31652, Gleitlager Hydrodynamische Radial-Gleitlager im stationren Betr
8、ieb, besteht aus: Teil 1: Berechnung von Kreiszylinderlagern Teil 2: Funktionen fr die Berechnung von Kreiszylinderlagern Teil 3: Betriebsrichtwerte fr die Berechnung von Kreiszylinderlagern nderungen Gegenber der 2012-01 zurckgezogenen Norm DIN 31652-1:1983-04 wurden folgende nderungen vorgenommen:
9、 a) redaktionell berarbeitet; b) Begriff quasistatisch belastetes Gleitlager“ verwendet; c) Optimierungsziele aufgenommen; d) Bilder berarbeitet; e) Begriffe Innenkhlung“ und Auenkhlung“ verwendet; f) Gleichung nach Niemann/Cameron/Vogel fr die Viskositts-Temperatur-Abhngigkeit aufgenommen; g) Berec
10、hnungsbeispiele berarbeitet. Frhere Ausgaben DIN 31652-1: 1983-02, 1983-04 DIN 31652-1:2017-01 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt ein Berechnungsverfahren fr die betriebssichere Auslegung von hydrodynamischen Gleitlagern mit vollstndiger Trennung der Wellen- bzw. Zapfen-Gleitflche und der Lager-G
11、leitflche durch einen Schmierfilm fest. Diese Norm gilt fr Kreiszylinderlager mit einer Gleitflche, deren Umschlieungswinkel = 360 (voll-umschlieendes Gleitlager) oder =180 (halbumschlieendes Gleitlager) sein kann. ANMERKUNG 1 Die Belastung wirkt auf die Mitte der Lagerschale, deren Spaltgeometrie,
12、abgesehen von vernachlssigbaren Verformungen unter Schmierfilmdruck und Temperatur, konstant ist. Diese Norm legt ein Berechnungsverfahren fr die Auslegung und Optimierung von Gleitlagern, z. B. in Generatoren, Elektromotoren, Geblsen, Getrieben, Walzwerken, Mahlwerken, Turbinen und Pumpen (auer Kol
13、benpumpen) fest. Das Berechnungsverfahren ist anwendbar auf den stationren Betrieb, d. h. in anhaltend gefahrenen Betriebszustnden sind die Belastung nach Gre und Richtung und die Winkelgeschwindigkeiten aller rotierenden Teile konstant. Diese Norm gilt auch fr vollumschlieende Gleitlager, die durch
14、 eine mit beliebiger gleichbleibender Frequenz umlaufende und konstante Kraft belastet sind. ANMERKUNG 2 Diese werden als quasistatisch belastete Gleitlager bezeichnet. Diese Norm gilt nicht fr instationre, d. h. nach Gre und Richtung zeitlich vernderliche Belastungen, die aus dem Arbeitsprozess und
15、 auch aus Schwingungserscheinungen und Instabilitten schnelllaufender Rotoren resultieren knnen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur
16、 die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 31652-2:2017-01, Gleitlager Hydrodynamische Radial-Gleitlager im stationren Betrieb Funktionen fr die Berechnung von Kreiszylinderlagern 3 Allg
17、emeine Grundlagen, Annahmen und Voraussetzungen Die hydrodynamisch wirksame Geschwindigkeit Ueff, die fr den Druckaufbau in einem Radial-Gleitlager magebend ist, lautet: eff= J+ B 2 F(1) Die entsprechende Beziehung fr die Winkelgeschwindigkeit ist: eff= J+ B 2 F(2) In diesen Gleichungen ist UFdie ko
18、nstante Umlaufgeschwindigkeit des Belastungskraftvektors F bezogen auf den halben Nenndurchmesser (D/2) und F= 2 UF/D die dazugehrige Winkelgeschwindigkeit. Dieser DIN 31652-1:2017-01 5 Zustand liegt bei quasistationren Radial-Gleitlagern vor. Der Zusammenhang zwischen UJ, UBund J, Bergibt sich in g
19、leicher Weise (siehe auch Bild 1). Von der hydrodynamisch wirksamen Geschwindigkeit ist die Relativgeschwindigkeit (Gleitgeschwindigkeit) zu unterscheiden, die vor allem fr die Reibung magebend ist: rel= J B(3) Die entsprechende Beziehung fr die Winkelgeschwindigkeit ist: rel= J B(4) Formelzeichen s
20、iehe 4.2. Alle Drehbewegungen und Winkelrichtungen sind positiv im Sinne der Wellendrehrichtung anzusetzen. Fr eine mit der Welle umlaufende Unwuchtbelastung (F = J) gilt also eff = J + B Bild 1 Bezeichnungen am kreiszylindrischen Radial-Gleitlager (Umschlieungswinkel = 360 - vollumschlieendes Gleit
21、lager) Die Berechnung eines stationr belasteten Radial-Gleitlagers erfolgt grundstzlich mit den hydrodynamischen Kenngren aus der numerischen Lsung der Reynoldsschen Differentialgleichung 3 + 3 = 6 J+ B (5) fr endliche Lagerbreite unter Bercksichtigung der physikalischen Randbedingungen fr die Druck
22、entwicklung. DIN 31652-1:2017-01 6 Zur Herleitung der Reynoldsschen Differentialgleichung wird auf die Literatur verwiesen, z. B. 2 bis 4, zur numerischen Lsung auf 5 bis 7. Dazu werden folgende idealisierende Annahmen und Voraussetzungen gemacht, deren Zulssigkeit sich hinreichend besttigt hat: a)
23、der Schmierstoff entspricht einer Newtonschen Flssigkeit; b) der Schmierstoff ist inkompressibel; c) die Schmierstoffviskositt ist im ganzen Schmierspalt konstant; d) alle Strmungsvorgnge des Schmierstoffs sind laminar; e) Trgheitswirkungen, Gravitations- und Magnetkrfte des Schmierstoffes sind vern
24、achlssigbar; f) der Schmierstoff haftet an den Gleitflchen; g) die Krmmungsradien der Oberflchen von Zapfen und Lager sind gro im Vergleich zu den Schmierfilmdicken; h) die Bauteile, die den Schmierspalt bilden, sind ideal glatte Kreiszylinder. Ihre Verformung ist vernachlssigbar; i) die Schmierfilm
25、dicke in axialer Richtung (z-Koordinate) ist konstant; j) eine Bewegung normal zu den Gleitflchen (y-Koordinate) wird nicht bercksichtigt; k) Drucknderungen im Schmierfilm senkrecht zu den Gleitflchen (y-Koordinate) sind vernachlssigbar; l) der Schmierstoff-Zufhrdruck ist vernachlssigbar gegenber de
26、n Schmierfilmdrcken selbst; m) dem Lager wird die zur vollstndigen Druckausbildung erforderliche Schmierstoffmenge zur Verfgung gestellt (Vollschmierung, siehe Bild 1). Die Randbedingungen fr die Schmierfilmdruckentwicklung sind in der Schmiertasche bzw. Schmierstoff-Zufhrbohrung und am Druckbeginn:
27、 (1, ) = 0 am Lagerrand: (, = /2) = 0 am Druckbergende: 2(), = 0 2(), = 0 (siehe hierzu Bild 1) Die numerische Integration der Reynoldsschen Differentialgleichung liefert den Druckverlauf in Umfangs- und Breitenrichtung. Daraus werden die dimensionslosen hnlichkeitsgren fr die interessierenden Kennw
28、erte, wie Tragfhigkeit, Reibungsverhalten, Schmierstoffdurchsatz, berechnet, die in DIN 31652-2:2017-01 zusammengestellt sind. Grundstzlich knnen auch andere Lsungen verwendet werden, sofern sie den in dieser Norm angegebenen Bedingungen und einer entsprechenden numerischen Genauigkeit gengen. DIN 3
29、1652-3:2017-01 1 enthlt Betriebsrichtwerte, an denen das Berechnungsergebnis orientiert werden kann, um die Funktionsfhigkeit der Gleitlager einzuschtzen. In speziellen Fllen knnen von DIN 31652-3:2017-01 1 anwendungsspezifisch abweichende Betriebsrichtwerte vereinbart werden. DIN 31652-1:2017-01 7
30、4 Auslegungsverfahren 4.1 Ablauf und Anwendungshinweise Ein Gleitlager ist so auszulegen, dass die Betriebssicherheit gegenber unzulssigem Verschlei und zu groer Erwrmung gewhrleistet ist. Auerdem muss der Lagerwerkstoff die Belastung durch den Schmierfilmdruck und die Verschleibeanspruchung bei An-
31、 und Auslauf ertragen knnen. Es sind die Betriebszustnde mit den hchsten Beanspruchungen und die kritischen langzeitig gefahrenen Betriebszustnde zu untersuchen. Die Sicherheit gegen Verschlei ist dann gegeben, wenn eine vollstndige Trennung der Gleitpartner durch den Schmierstoff erreicht wird. Kur
32、zzeitiger Betrieb im Mischreibungsgebiet, beispielsweise beim Anfahren und Auslaufen hydrodynamisch gelagerter Maschinen, ist unvermeidbar und fhrt in der Regel nicht zum Lagerschaden. Unter hoher Last kann beim langsamen Anfahren oder Auslaufen eine hydrostatische Anhebung erforderlich werden. Der
33、Auslaufzustand ist wegen der hheren Lagertemperatur kritischer und sollte in gefhrlichen Fllen durch Abbremsen mglichst kurz gehalten werden. Einlauf- und Anpassungsverschlei zum Ausgleich der Oberflchenformabweichungen von der Idealform sind zulssig und oft von Vorteil, solange diese rtlich und zei
34、tlich begrenzt und ohne berlasterscheinungen auftreten. Die Grenzen der mechanischen und thermischen Beanspruchung ergeben sich aus der Warmfestigkeit des Lagerwerkstoffs. Mit hherer Lagertemperatur nehmen die lviskositt und damit die minimale Schmierfilmdicke ab. Zu beachten ist auch die zunehmende
35、 Alterung des Schmierstoffs. In der Praxis treten hufig Streinflsse auf, die bei der Auslegung noch unbekannt sind und einer rechnerischen Erfassung auch nicht immer zugnglich sind, wie z. B.: Strkrfte (Unwuchten, Schwingungen usw.); Formabweichungen von der Idealgeometrie (Fertigungstoleranzen, Mon
36、tageabweichungen, Wrmedehnungen usw.); Schmierstoffverunreinigungen durch feste, flssige und gasfrmige Fremdstoffe. Unvertrglichkeit zwischen Schmierstoff und Lagerwerkstoff; Korrosion, Elektroerosion usw. Entsprechend der o.g. Voraussetzung d) gilt die Berechnung nur fr laminare Strmung. Die Reynol
37、dszahl Re muss unterhalb einer kritischen Reynoldszahl liegen, fr die ein Anhaltswert zugrunde gelegt wird. = J+ B 2= J+ B 2 Recr 41,3 = 41,3 1eff(6) Bei Gleitlagern mit Re Recr(dies tritt im Allgemeinen nur bei sehr hoher Umfangsgeschwindigkeit auf) liegt turbulente Strmung vor. Dafr ist nur eine n
38、herungsweise Berechnung mglich. Es knnen dann hhere Verlustleistungen und Lagertemperaturen als berechnet auftreten. Die Tragfhigkeit kann ansteigen. Die Gleitlagerberechnung erfasst, ausgehend von den bekannten Lagerabmessungen und Betriebsdaten: die relative Exzentrizitt und minimale Schmierfilmdi
39、cke, die Reibleistung, DIN 31652-1:2017-01 8 den Schmierstoffdurchsatz, die Wrmebilanz zur Ermittlung der Lagertemperatur die alle miteinander in einer Wechselbeziehung stehen. Die Lsung erfolgt in einem iterativen Verfahren, dessen Ablauf in dem Berechnungsschema nach Bild 4 vereinfacht dargestellt
40、 ist. Wegen des hohen Rechenaufwands sind fr praktische Lagerauslegungen Rechenprogramme notwendig. Solche Rechenprogramme, die prinzipiell die Berechnung nach Bild 4 realisieren, sind mit unterschiedlichem Leistungsumfang bei Lagerherstellern, wissenschaftlichen Einrichtungen und Lageranwendern vor
41、handen. Die Optimierung einzelner Parameter wird durch Parameter-Variation erreicht. Die wichtigsten Optimierungsziele sind maximale Betriebssicherheit (grte minimale Schmierfilmdicke), minimale Reibungsleistung, Begrenzung der Lagertemperatur oder Festlegungen zum ldurchsatz. Eine Modifikation des
42、Berechnungsablaufes ist mglich. Die der Gleitlagerauslegung zugrunde liegenden hydrodynamischen Kenngren wurden in der Vergangenheit in Abhngigkeit von der zur Verfgung stehenden Rechentechnik mit unterschiedlichem Aufwand und erwarteter Genauigkeit ermittelt. In Anbetracht der o. g. Berechnungsanna
43、hmen und der Unsicherheit in den Betriebsdaten sind die aus unterschiedlichen Lsungen der Reynoldsschen Differentialgleichung hervorgegangenen hydrodynamischen Kenngren fr die praktische Lagerauslegung gleichwertig. Die unvermeidliche Unsicherheit in technischen Berechnungen ist grer als der aus den
44、 verschiedenen Lsungsanstzen resultierende Unterschied. Die hier angegebenen hydrodynamischen Kenngren fr voll- und halbumschlieende Gleitlager, die den meisten Rechenprogrammen zugrunde liegen, gehen auf Butenschn 7 zurck. Die Unterschiede zu anderen Lsungen der Reynoldsschen Differentialgleichung
45、sind gering und fr die ingenieurtechnische Anwendung bedeutungslos. 4.2 Formelzeichen und Einheiten Fr die Formelzeichen (siehe Tabelle 1) werden die in der Auslegungspraxis blichen Einheiten (abgeleitete SI-Einheiten) angegeben. Die Gleichungen sind einheitenrichtig auszuwerten. Tabelle 1 Formelzei
46、chen und Einheiten Benennung Formelzeichen Einheit Wrmeabgebende Oberflche des Lagergehuses Koeffizient fr Nherungsgleichung in DIN 31652-2:2017-01 A a m2 Lagerbreite, tragend B mm Gehusebreite in Achsrichtung BHmm Lagerbreitenverhltnis, relative Lagerbreite B/D Breite der Schmiernut bGmm Breite der
47、 Schmiertasche bPmm relative Breite der Schmierstoff-Zufhrtasche bP/B Hilfsgre fr Viskosittsberechnung C1C Hilfsgre fr Viskosittsberechnung C2 Hilfsgre fr Viskosittsberechnung C3 Hilfsgre fr Viskosittsberechnung C4C spezifische Wrmekapazitt des Schmierstoffs c J/(kg K) DIN 31652-1:2017-01 9 Benennun
48、g Formelzeichen Einheit Lagerinnendurchmesser (Lagernenndurchmesser), Nennma D mm Wellendurchmesser, Nennma d mm Durchmesser der Schmierstoff-Zufhrbohrung dHmm Exzentrizitt (Verlagerung der Wellenachse gegenber der Lagerachse) e mm Lagerkraft, Nennbelastung F N Reibungskraft FfN Durchbiegung ber der Lagerbreite f m, mm Funktion f() Hhe des Stehlagergeh
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