VDI 2204 Blatt 1-1992 Design of plain bearings basic instructions.pdf

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1、DK 621 .822.5 : 62.002.2 : 621 .822.573669.01 8.24 : 621 .89(083.1 32) VDI-RICHTLINIEN September 1992VEREINDEUTSCHERINGENIEUREAuslegung von GleitlagerungenGrundlagenVDI 2204Blatt 1Design of piain bearingsBasic instructions VDIInhaltlich berprftund unverndertweiterhin gltigSeptember2005Inhalt Seite1

2、Zweck der Richtlinie 22 Begriffe und Bezeichnungen 23 Gltigkeitsbereich 54 Funktionsweise der Gleitlager 64.1 Vorgnge im Gleitlager 64.2 Betriebszustnde 65 Lagerbauarten 85.1 Radiallager 85.2 Axiallager 116 Konstruktionshinweise 136.1 Vermeiden von Kantenpressung 136.2 Zuordnung des Lagerspiels 136.

3、3 Spielzuschlag 146.4 Schmierstoffzufhrung 146.5 Schmierstoffverteilung im Gleitraum 156.6 Oberflchengte der Gleitflchen 166.7 Drucklentlastung Hydrostatische Anhebung 177 Lagerwerkstoffe 177.1 Allgemeines 177.2 Beanspruchungsarten der Lagerwerkstoffe 177.3 Anforderungen an Lagerwerkstoffe 187.4 Met

4、alhsche Lagerwerkstoffe 187.5 Nichtmetallische Lagerwerkstoffe 258 Schmierstoffe 288.1 Schmierle 288.2 Schmierfette 30DIN-Normen 32Schrifttum 33VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebAusschu GleitlagerberechnungenVDI-Handbuch KonstruktionB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C

5、461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-2- VDI 2204 Blatt 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 19921 Zweck der RichtlinieNach Erscheinen der Norm DIN 31652 wurde inAbsprache mit dem Normenausschu Gleitlager imDIN mit der bera

6、rbeitung der Richtlinie VDI 2204begonnen. Eine Doppelarbeit beider Ausschssesollte dabei vermieden Vierden, vielmehr sollte dernun vorliegenden Richtlinie die Aufgabe zuteil werden, der im wesentlichen auf die Berechnung beschrnkten Norm DIN 31652 durch Ergnzung undKommentierung zur praxisgerechten

7、Anwendbarkeitzu verhelfen. Der VDI-Ausschu hat sich zum Zielgesetzt, in der Richtlinie zu viele bauformbedingteEinschrnkungen und bergroe Sicherheiten zu vermeiden. Statt dessen werden Mglichkeiten aufgezeigt, wie in Sonderfllen die Grenzen der Belastbarkeit erweitert werden knnen. Die RichtUnie gib

8、t auerdem konkrete Grenzwerte an.Aus diesen Grnden ist in der vorliegenden Richtlinie die frhere Richtlinie VDI 2204 mit wichtigenAbschnitten aus den Richtlinien VDI 2201 (Gestaltung von Lagerungen) und VDI 2202 (Schmierstoffe)kombiniert und aktualisiert worden. Die Flle derselbstgesteckten Ziele li

9、e aus der zunchst geplantenberarbeitung eine Neubearbeitung werden, die infolgende Bltter unterteilt wurde :Blatt 1 : GrundlagenBlatt 2 : BerechnungBlatt 3 : Kennzahlen und Beispiele fr RadiallagerBlatt 4: Kennzahlen und Beispiele fr AxiallagerDie Richtlinie wendet sich an Konstrukteure, Ent-wicklun

10、gs- und Berechnungsingenieure sowie anGutachter. Sie gibt den Stand des gegenwrtigentechnischen Wissens in einer fr die knftige Gleitlagerentwicklung ausbaufhigen Form wieder.Die in dieser Richtlinie verwendeten neuen Bezeichnungen sind in Zusammenarbeit mit dem Normen-ausschii Gleitlager im DIN ent

11、standen und werdenauch vom VDEh verwendet. Bei der ISO wurdensie inzwischen zur internationalen Normung eingereicht.2 Begriffe und BezeichnungenDie verwendeten Formelzeichen beruhen aufDIN 31651 Teil 1 und Teil 2 Gleitlager, Kurzzeichen und Benennungen“.A wrmeabgebende Oberflche (meist Oberflche des

12、 Lagergehuses)Y Abstand der Untersttzungsstelle vomSpalteintritta* relativer Abstand der Untersttzungsstellevom SpalteintrittAuermittigkeit der Lagerabsttzungx Horizontal-Verschiebung der Schalenmittelpunkte beim Zweiflchenlagery Vertikal-Verschiebung der Schalenmittelpunkte beim ZweiflchenlagerAbst

13、and der Stelle = vom SpaltanfangB Nennbreite, tragende Lagerbreite quer zurBewegungsrichtung, Durchmesser einesKreisgleitschuhs5* relative Breite, BreitenverhltnisBq Nutbreite (Spiralnutenlager)-Bh uere Lagergehsebreite (in Achsrichtung)Bp Taschenbreite (Stautaschenlager)Bq Schmiernutbreite, Zwische

14、nnutbreitebp SchmiertaschenbreiteC Lagerspiel (Nennspiel): Durchmesserunterschied von Lagerinnendurchmesser undWellendurchmesser beim Radiallager,Keil-, Staufeld- oder Spiralnuttiefe beimAxiallagerc * “Aman/lAmin = Spiel VerhltnisC mittleres LagerspielCq Spiralnuttiefe beim SpiralnutenlagerCm Massen

15、konzentration des Verdickers imGrundl (bei Schmierfetten)man Herstcllungsspiel beim Mehrflchen-Radiallager (Schalenkrmmungsspiel)Cmax Grtspiel beim Mehrflchen-RadiallagerCin Kleinstspiel beim Mehrflchen-RadiallagerCp Taschentiefe beim StautaschenlagerB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF836

16、8C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 992 VDI 2204 Blatt 1 -3-Ced Keiltiefe beim MehrkeillagerCx HorizontalspielCy Vertikalspielc SteifigkeitskoeffizientCj Biegesteifigkeitskoeffizient

17、der WelleCp spezifische Wrmekapazitt des SchmierstoffsD Nenndurchmesser : Innendurchmesser beimRadiallager, mittlerer Tragringdurchmesser beim AxiallagerD * DurchmesserkennzahlD Bohrungsdurchmesser beim RadiallagerDh Lagergehuse-AuendurchmesserDi Innendurchmesser des Tragringes beimAxiallagerDj W el

18、lendurchmesserDq Auendurchmesser des Tragringes beimAxiallagerd DmpfungskoeffizientE ElastizittsmodulE* Elastizitts-Kennzahl, EHD-Kennzahlb Elastizittsmodul des LagerwerkstoffsEj Elastizittsmodul des Rotorwerkstoffs(Gleitflche)Eres resultierender Elastizittsmodule Exzentrizitt = Verlagerung der Well

19、enachse gegenber der Lagerachseey Wellenverlagerung in Lastrichtung beimMehrflchen-RadiallagerSchwerpunktexzentrizitt des symmetrischen EinmassenrotorsF Nennbelastung (Lagerkraft)F* T ragfhigkeitskennzahlTragfhigkeitskennzahl (mit EHD-Ein-flu)tr Tragfhigkeitskennzahl (mit EHD), an derMischreibungsgr

20、enzeFf ReibungskraftFsc statische BelastungFgt, Fstp Lagerkraft im An- und Auslauf (NO)f Reibungszahl/ * Reibungskennzahl/h Flssigkeits-Reibungszahl (im Mischrei-bungsgebiet)/min Reibungszahl im Minimum der Stribeck-Kurve/s Festkrper-ReibungszahlG Schubmodulg FallbeschleunigungHhe des Lagergehusesh

21、rtliche Schmierfilmdicke (Spalthhe)/len Eintritts-Schmierfilmdicke/lex Austritts-SchmierfilmdickeHq Schmiernuttiefe/imin minimale Schmierfilmdicke (im Spalt)relative minimale Schmierfilmdicke (imSpalt)hmin, lim klcinstzulssigc minimale Schmierfilmdicke im Betriebhmin, lim klcinstzulssige relative mi

22、nimaleSchmierfilmdicke im Betriebmin.tr minimale Schmierfilmdicke am bergangin die Mischreibungmin,tr rclativc minimale Schmierfilmdicke ambergang in die Mischreibungmin,tr,iim klcinstzulssigc minimale Schmierfilmdicke am bergang in die Mischreibunghmin, tr, lim klcinstzulssigc relative minimaleSchm

23、ierfilmdicke am bergang in dieMischreibunghp Schmiertaschentiefe/iwav Welligkeitsamphtude der GleitflcheHB BrinellhrteHRC RockwellhrteHV VickershrteXe EHD-T ragkraftsteigerungKy, 1 Koeffizient der Vogelschen GleichungKy 2 Koeffizient der Vogelschen GleichungKy 3 Koeffizient der Vogelschen GleichungX

24、v,4 Koeffizient der Temperaturabhngigkeitder Viskosittk Wrmedurchgangskoeffizient (Bezugsflche )/c* W rmeabfuhrkennzahl/Ci Wrmedurchgangskoeffizient Schmierfilm-lbad (Bezugsflche B D)L Gleitflchenlnge in Bewegungsrichtung,Segmentlnge in UmfangsrichtungLq Nutlnge (Spiralnutenlager)Lp Taschenlnge (Sta

25、utaschenlager)Keillnge (Keilspalt)Iq Schmiernutlnge/h Gehuselnge quer zur Achsrichtung/p SchmiertaschenlngeMp Lastmoment (beim Radiallager)Mf Reibmomentm MasseNnom Drehfrequenz, Nenndrehfrequenz (Drehzahl“)AT* DrehfrequenzkennzahlA/b Drehfrequenz des LagersNp Drehfrequenz der LagerkraftiVj Drehfrequ

26、enz der WelleNcr kritische Drehfrequenz der starr gelagerten WelleATiim Stabilittsgrenzdrehfrequenzmin Drehfrequenz im Reibungsminimum derStribeck-KurveATrs, 2 Resonanz-Drehfrequenz der gleitgelagerten Welle nach Abschnitt 1L5.2B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F06

27、86BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-4- VDI 2204 Blatt 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 992iVtr bergangsdrehfrequenztr,iim zulssige bergangsdrehfrequenzPci Khlleistung, ZusatzkhlungPf Reibleistungp rtlicher Schmierfilmdruckp spezifische

28、Lagerbelastung, mittlere Flchenbelastungdynamische mittlere Flchenbelastungzulssige mittlere FlchenbelastungPst? Pstp spezifische Lagerbelastung beim An- undAuslauf (iViO)Psc statische mittlere FlachenbelastungPsciim zulssige statische mittlere FlchenbelastungPe Konus-Penetration von Schmierfettenna

29、ch DIN ISO 2137)Q Schmierstoffdurchsatz, Schmierstoffbedarf* Durchflukennzahl (Schmier st offdurchsatzkennzahl)gel Khlldurchsatzgl Schmierstoffdurchsatz in Umfangsrich-tung (Eititrittsspalt)Qf Durchflukennzahl fr den Eintrittsspalt(Umfangsrichtung)Q2 Schmierstoffdurchsatz in Umfangsrichtung (Austrit

30、tsspalt)21 Durchflukennzahl fr den Austrittsspalt(U mfangsrichtung)Q3 Schmierstoffdurchsatz quer zur Umfangs-richtung (Seitenflu)Durchflukennzahl quer zur LFmfangs-richtung (Seitenflukennzahl)P Krmmungsradius der verformten KlotzOberflche (beim Axiallager)P| Krmmungskennzahl der verformtenKlotzoberf

31、lche (beim Axiallager)Pa Mittenrauhwert(DIN 4768, ISO/DIS 4287/1)P gemittelte Rauh tiefe (nach DIN 4768)PB gemittelte Rauhtiefe der LagergleitflcheP j gemittelte Rauhtiefe der RotorgleitflcheRe ReynoldszahlRCcr kritische ReynoldszahlSA,rs WegampHtude der Rotorschwingung beiResonanzSp berlastsicherhe

32、itS Wanddicke beim Radiallager, Klotzdickebeim Kippklotzlager5h, 1 Stegdicke beim Radiallager%, 2 GehusewanddickeSo SommerfeldzahlSOcr Sommerfeldzahl, gebildet mit cOcrSoi, Sommerfeldzahl im Mischreibungsgebiet(Flssigkeitsanteil)SOrot Sommerfeldzahl (Drehung)SOgq Sommerfeldzahl (Verdrngung)SP* relat

33、ive EinschaltdauerT absolute Temperaturt ZeitU Nenn-Umfangsgeschwindigkeit, Gleitgeschwindigkeit(7b Umfangsgeschwindigkeit des Lagers relativ zur Lastrichtungj Umfangsgeschwindigkeit des Rotors relativ zur Lastrichtungtr,iim zulssige Gleitgeschwindigkeit an derMischreibungsgrenzeVG ISO-Viskosittsgra

34、dV Elastische Deformation, Verformung inSpalthhenrichtungVj temperaturbedingte Verformung in Spalthhenrichtungman herstellungsbcdingte Formabweichung inSpalthhenrichtungfp druckbedingte Verformung in SpalthhenrichtungWajnb mittlere Strmungsgeschwindigkeit derdas Lager umstrmenden LuftX Koordinate pa

35、rallel zur Gleitflche, inUmfangsrichtungy Koordinate senkrecht zur Gleitflche, inSpalthhenrichtungZ Anzahl der Gleitflchen pro Lagerz Koordinate parallel zur Gleitflche, senkrecht zur Umfangsrichtung (in Achsrichtung beim Radiallager und senkrecht zurWellenachse beim Axiallager)ocq Neigungswinkel de

36、r Nuten zur Wellenachse bei Spiralnutenlagernai linearer Lngenausdehnungskoeffizientrumlicher W rmeausdehnungskoeffizient Verlagerungswinkel (Winkel zwischenLastrichtung und Richtung der Exzentrizittsachse)ihmin Winkel zwischen der Lastrichtung und derStelle der minimalen Schmierfilmdickefy. dimensi

37、onslose Dmpfungskoeffizientennach Abschnitt 11.5.1 (i, /c = 1, 2),*k = (/min/2 BtJO) CO dii,y Richtungswinkel der Lagerkraftdimensionslose Steifigkeitskoeffizientennach Abschnitt 11.5.1 (z, /c= 1, 2),y*k = (ALn/(27C)CikA i9b Differenz zwischen den mittleren Temperaturen auf der Gleitschuhflche und d

38、erGleitschuhunterseiteAFr Resonanzamplitude der dynamischen LagerkraftB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 992 VDI 2204 Blatt 1 -5- Ric

39、htungswinkel des engsten SchmierspaltesLagerschiefstellungWellenschiefstellung8 relative Exzentrizitt beim Radiallagerrj dynamische Viskositt des Schmierstoffesf/eff effektive Viskositt, Scheinviskositteff, 1 effektive Viskositt, i = f()eff, 2 effektive Viskositt (aus F*)Schmierstoffviskositt am Spa

40、ltanfangrj Bingham“-Viskositt eines Fettes (Einflu des Verdickers)S Temperatur, Lagertemperatur, Schmierfilmtemperatur (Celsius)Umgebungstemperaturi9b Gehuse- (lsumpf- oder lbad-)tempera-tur5en leintrittstemperaturi9ex laustrittstemperaturSiin, zulssige LagertemperaturX Wrmeleitfhigkeit des Schmiers

41、toffsfi relative LagersteifigkeitV QuerkontraktionszifferV Querkontraktionsziffer des LagerwerkstoffsVj Querkontraktionsziffer des RotorwerkstoffsQ DichteT SchubspannungTs Bingham“-Fliegrenze eines Fettes (Einflu des Verdickers)0,25, fr alle anderen Radiallager 0,5vorausgesetzt.Der beschriebene Bere

42、chnungsgang kann auch frandere als die aufgefhrten Lagerbauformen verwendet werden, wenn die entsprechenden Kennzahlfeldervorliegen.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-6- VDI 2204 Blatt 1 Alle Recht

43、e vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 19924 Funktionsweise der Gleitlager4.1. Vorgnge im GleitlagerDie Tragfhigkeit hydrodynamischer Gleitlager virddurch den Druckaufbau im Spalt zwischen den Gleitflchen bestimmt, Bild 1. Der Schmierspalt ist miteinem Schmierstoff gefllt. Durch Impuls

44、austauschhaben die Schmierstoffteilchen an den Wandungendieselbe Geschwindigkeit wie die Wandungen selbst(Haftbedingung). Dadurch wird der Schmierstoff inden Spalt gefrdert. Dessen Verengung in Bewegungsrichtung bewirkt einen Druckanstieg. Magebend dafr sind die dynamische Viskositt (Zhigkeit) des S

45、chmierstoffes, die Betriebsdaten und dieGeometrie. Werden die Druckkrfte ausreichendgro, so erfolgt eine Trennung der beiden Gleitflchen. Die gesamte Last wird dann vom Schmierfilmgetragen. Die Sicherstellung dieser hydrodynamischen Tragfhigeit ist ein wichtiges Teilproblem derLagerberechnung.Axiall

46、ager ypM RadiallagerBild 1 . Beispiele fr den Druckaufbau in GleitlagernEin zweites wichtiges Teilproblem der Gleitlagerberechnung ist die Reibung. Sie ist zwar zum Aufbaudes hydrodynamischen Druckes notwendig, bestimmt aber auch die Verlustleistung und die Erwrmung. Es mu sichergestellt sein, da di

47、e Abfuhrdieser Wrme aus der Schmierschicht erfolgen kann,ohne da unzulssig hohe Temperaturen auftreten.Es existieren mehrere Theorien der hydrodynamischen Schmierung, wobei verschiedene Annahmengemacht werden:1. Die klassische Hydrodynamik“ setzt glatte starreWandungen und einen Schmierstoff mit kon

48、stanter Viskositt voraus. Grundlage dieser Theorieist die Reynoldssche Gleichung 1 bis 3.2. Die erweiterte klassische Hydrodynamik“ erfatdurch Mittelwertbildung die nderung der Viskositt. Fr den bergang in den Mischreibungsbe-reich wird der Einflu der Oberflchenrauheit bercksichtigt. Die rechnerische Behandlung derWrmeabfuhr wird durch die erhebliche Temperaturabhngigkeit der Schmierstoffviskositt erschwert 4 bis 6.3. Die Thermo-Hydrodynamik“ bercksichtigt auer der Reynoldsschen Gleichung die Energiegleichung zur B