VDI VDE 2252 Blatt 2-2007 Precision engineering components - Guides - Synthetic gliding bearings.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKFeinwerkelementeFhrungenNichtmetall-GleitlagerVDI/VDE 2252Blatt 2VDI/VDE-Handbuch Mikro- und FeinwerktechnikVDI-Handbuch Produktentwicklung und KonstruktionZu beziehen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechtevor

2、behalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattetPrecision engineering componentsGuides Synthetic gliding bearingsICS 21.100.10 September 2007Frhere Ausgaben: 10.85; 06.03, EntwurfVDI/VDE-RICHTLINIENVDE/VDI-Gesellschaft Mikroelek

3、tronik, Mikro- und FeinwerktechnikAusschuss Mikro- und FeinwerkelementeInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Algemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . 22.1 Anmerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Allgemeine Lagereigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Belastbarkeit, Verschlei, Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1 Belastbarkeit, Verschlei . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . 53.2 Gleiteigenschaften, Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2 Charakterisierung der Lagereigens

6、chaften . . . . . . . . . . . . . . . 54.3 Lageraufbau, Werkstoffeigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Gleitlager mit zylindrischer Laufflche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.1 Grundformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2 Berechnungsgrundlagen. . .

7、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65.3 Genauigkeit, Lagerspiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65.4 Konstruktionshinweise, Lagerabmessungen . . . . . . . . . . . . . . 66 Lagerwerkstoffe und Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . 76.1 Polyamid (PA). . . . . .

8、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76.2 Polyimid (PI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96.3 Polyazetal/Polyoxymethylen (POM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96.4 Polyfluorcarbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106.5 Polystyrol (PS)

9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126.6 Phenoplaste mit Gewebeeinlage (Hgw). . . . . . . . . . . . . . . . . 126.7 Kunstkohle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136.8 Hartgummi (Hgi) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146.9 Ker

10、amik (KER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rec

11、hte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI/VDE 2252 Blatt 2VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist unter sorgfltiger Be-rcksichtigung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000 entstanden.Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt

12、 haben, sei auf diesem Wege ge-dankt.Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks,der Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und der ber-setzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzungdieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlageist unter Wahru

13、ng des Urheberrechtes und unter Be-achtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Aus-knfte dazu sowie zur Nutzung im Wege der Daten-verarbeitung erteilt die Abteilung VDI-Richtlinienim VDI.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie behandelt die Besonderheiten derNichtmetall-Gleitlager (Kunststoff, Kunstkohle

14、,Hartgummi, Keramik). Fr Lager aus anderen Werk-stoffen sei auf Richtlinien VDI/VDE 2252 Blatt 1(Gleitlager), VDI/VDE 2252 Blatt 3 (Sinterlager)und VDI/VDE 2252 Blatt 4 (Steinlager) verwiesen.Gas-, Magnet- und Schwimmlager werden in VDI/VDE 2252 Blatt 6 behandelt. Die Grundlagen derGleitlager sind i

15、n Richtlinie VDI/VDE 2252 Blatt 1ausfhrlich erlutert.Diese Richtlinie gibt dem Konstrukteur einen ber-blick ber die vorzugsweise in der Feinwerktechnikverwendeten Nichtmetall-Gleitlager. Auswahlkrite-rien und Gestaltungshinweise erleichtern das Festle-gen des zweckmigen Lagers. Die Richtlinie ver-mi

16、ttelt Anregungen, um aus der Vielzahl der angebo-tenen Lagerformen die richtige Bauform und den ge-eigneten Werkstoff auszuwhlen, damit Belastbar-keit, Laufeigenschaften, Lebensdauer, Schmierung,Verschlei optimal aufeinander abgestimmt sind.Konstruktive Einzelheiten und spezielle Anwen-dungsflle sin

17、d der Literatur im Schrifttum zu ent-nehmen.2 Allgemeines2.1 AnmerkungenDie ebenfalls zu den Nichtmetall-Lagern gehren-den Steinlager sind in Richtlinie VDI/VDE 2252Blatt 4 beschrieben. Lager aus Metall auer Sinter-lager (siehe VDI/VDE 2252 Blatt 3) bedrfen we-gen grerer Reibwerte einer stndigen Sch

18、mierungund Wartung.Einen berblick ber thermoplastische Kunststoffefr Gleitlager und Richtwerte fr deren Eigenschaf-ten geben die Tafeln in Richtlinie VDI 2541.2.2 Allgemeine LagereigenschaftenViele neu entwickelte Lager aus Kunststoff, Keramikoder Glaskeramik ermglichen vereinfachte bzw.vllig neuart

19、ige konstruktive Lsungen. Hierzu zh-len auch hoch belastbare Verbundlager (wie PTFE-Bronze-Graphit bzw. Stahl-Bronze-Azetal, desglei-chen Faserlager) mit einer Formsttze aus Metall(siehe VDI 2541).Thermoplastische Kunststofflager lassen sich abDurchmesser 1 mm herstellen.Aus Kostengrnden sollte der

20、Konstrukteur stets ver-suchen, genormte oder ab Lager angebotene Ein-press- oder Formteile (hufig als Werknorm) einzu-setzen. Beispiele: Zylinderbuchsen, Bundbuchsen,Schalen, Hlsen, Folien (Bild 1).Fr besondere Einsatzflle kann Gleitmaterial direktauf die Welle aufgebracht werden. Der als Gleit-lage

21、rzapfen verwendete Teil einer erwrmten Wellewird mit speziellem Kunststoff-Pulver berzogen;die aufgeschmolzene Schicht verankert sich form-schlssig in der Oberflche der Welle und ist gegebe-nenfalls zu schleifen. Die zugehrige Bohrung imBauteil aus Metall wird gerieben.Gleitlager aus nichtmetallisch

22、en Werkstoffen weisenim Wesentlichen folgende Eigenschaften auf 1 bis 3(siehe auch VDI/VDE 2252 Blatt 1, Abschnitt 1.2):Vorteile:geruscharmer Laufgeringer Gleitwiderstandhohe Verschleifestigkeitgute chemische Bestndigkeitkeine ReibkorrosionTrockenlauf, gute Notlaufeigenschaftenkeine oder nur geringe

23、 Einlaufschmierung ntigmeist wartungsfreier Betriebbreiter Gleitgeschwindigkeitsbereichoszillierende Bewegung mglichniedriger Preis, geringe BetriebskostenDazu Werkstoffauswahl fr:Temperaturbereich von 270 C bis +3000 C (Keramik)Unterwasserbetriebhohen Druck bis 200 N/mm2, besonders bei Folienelektr

24、ische Isolierfhigkeithohe ChemikalienbestndigkeitB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI/VDE 2252 Blatt 2 3 Bild 1. Nichtmetal

25、l- und Verbundlager LagerformenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI/VDE 2252 Blatt 2Tabelle 1. Werkstoff- und Lagerkennwe

26、rte*)Ersatz:DINENISO178*)Ersatz:DINENISO527*)Temperatur-Ausdehnungskoeffizient+)Lagerbelastung, zul.+)VL = Metall-VerbundlagerAbschnitt6.16.26.36.56.56.66.76.86.9EigenschaftenKurzzeichennachDINPAPIPOMPTFEPSHgwKunstkohleHgiKERElastizittsmodul DIN53457 *)MPa350031003200700160070007000.160001000160000.

27、440000Reifestigkeit StreckspannungDIN53455 *)N/mm29011575702555Druck200Kugeldruck110.150HrteMohs9Zug 190Druck 3500Lngen-Temperatur-Ausdehnungs-koeffizient*) DIN53752106/K70.10030.5030.110100.1609010.251,6.4Graphit10WasseraufnahmeDIN53495%40055.90600. 2300Reibwerttrockengeschmiert0,350,10,25 0,050,30

28、,080,15 0,020,50,150,20,080,250,05 nass0,60,18 0,07Flchenpressung p,zul. +)trockengeschmiertN/mm260150803 +)gering4 350nass 200 2000Gleitgeschw.v, max.trockengeschmiertm/s1,52 51,5 2,52,5+) 2gering1 45100,3pv-Wert, max. trockengeschmiertN/mm2 m/s1,83,822,80,25+)0,91,6 2,3 VL120-VL2-VL 1,8-B974908A82

29、4A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI/VDE 2252 Blatt 2 5 Nachteile:Wrmeleitfhigkeit und Dauerwrmebelastunggering auer bei Metall-Verbu

30、nd, Folien und Ke-ramikthermische Ausdehnung grer als bei Metall auer KeramikWasseraufnahme zum Teil gro auer Keramikzulssige Lagerlast und Gleitgeschwindigkeit zumTeil wesentlich niedriger als bei Metall-Lagern Ausnahmen: Folien und KeramikKaltfluss1)mglich (Abschnitt 4.1)3 Belastbarkeit, Verschlei

31、, Schmierung3.1 Belastbarkeit, VerschleiDie Belastbarkeit hngt vom Lagerwerkstoff und vonder Lagertemperatur ab. Bei stetiger Belastung ver-formen sich Kunststoffe schon bei Raumtemperaturbleibend (Kaltfluss). Werden die zulssigen pv-Werte(Tabelle 1, siehe auch Abschnitt 4.3) berschritten,steigen La

32、gertemperatur und besonders Verschleistark an. Gegen Kantenpressung sind Thermoplasteweniger empfindlich als Metalle. Fressen“ trittkaum auf; durch Kaltfluss kann aber bei grererKantenpressung die Fhrung der Welle labil werden.3.2 Gleiteigenschaften, SchmierungDas Reibungsverhalten wird durch Belast

33、ung, Gleit-geschwindigkeit, Werkstoffpaarung, Lagertempera-tur und Schmierung beeinflusst. Der Reibwert liegtzwischen 0,02 und 0,3 bei geschmierter Lagerungimmer unter 0,2. Schmiermittel verringern den Rei-bungswiderstand und halten die Lagertemperaturniedrig. Zumindest zum Einlaufen sollten beim Ei

34、n-bau die Lagerstellen geschmiert werden. Die guteNotlaufeigenschaft wird durch hohe Oberflchengteder Welle, geeignete Werkstoffpaarung und durchSchmiermittel-Aufnahmefhigkeit der lockeren ma-kromolekularen Struktur des Kunststoffes sowiedurch geringe Schweineigung der Werkstoffpaa-rung erreicht.4 W

35、erkstoffe4.1 AllgemeinesHersteller von Nichtmetall-Lagern verwenden Roh-stoffe mit ausgesuchten Zusammenstellungen unddefinierten Eigenschaften auch als Mischungen(Compounds) zum Spritzen, Pressen bzw. Sintern.Tabelle 1 nennt ausgewhlte Werkstoffe als Typ, au-erdem wichtige Kennwerte.Nicht aufgefhrt

36、 ist Polyurethan (PUR), da es nur froszillierende Bewegung (also Pendeln) brauchbarist.2)Weitere Werkstoffe finden sich in den Unterlagen derLieferfirmen, dazu Berechnungen und Einbaubedin-gungen.4.2 Charakterisierung der LagereigenschaftenDie hierfr verwendeten Begriffe sind in RichtlinieVDI/VDE 22

37、52 Blatt 1 erlutert; sie sind bei derWahl des einzusetzenden Lagerwerkstoffes zu be-rcksichtigen.4.3 Lageraufbau, WerkstoffeigenschaftenAlle nichtmetallischen Gleitwerkstoffe Ausnahme:Keramik und Kunstkohle sind schlechte Wrmelei-ter; entstehende Reibungswrme muss daher durchentsprechenden Lageraufb

38、au abgefhrt werden. Ge-ringe Dicke der Kunststofflaufschicht oder im Kunst-stoff eingebettete Metalle knnen Wrmestau verhin-dern und die Wrme besser an den Lagerkrper wei-tergeben. Auch eine Welle lsst sich bei entsprechen-der Gestaltung als Wrmeableiter verwenden.blicherweise werden Massivlager ein

39、gesetzt. DieLagerbuchsen sind vollstndig aus Kunststoff herge-stellt. Wegen schlechter Wrmeableitung sind dieseLager in der Regel nur fr mige Gleitgeschwindig-keit und geringe Belastung geeignet (Bild 1).Metall-Kunststofflager so genannte Verbundlager(VL) haben eine sehr dnne Gleitschicht aus PTFEod

40、er PVDF, 0,01 mm bis 0,15 mm dick, zum Teil mitBlei, Bronze/Graphit oder Fasern aus Glas bzw. Koh-lenstoff vernetzt. Diese Gleitschicht ruht auf einerSinterbronzeschicht, etwa 0,2 mm dick, und wird ge-sttzt durch einen Stahl- oder Bronzemantel.Nichtschmelzbare Kunststoffe (wie PTFE) werdenaus Pulver

41、 kalt gepresst und anschlieend gesintert;Zuschlagstoffe sichern die gewnschten Eigenschaf-ten. Nach diesem Verfahren lassen sich auch Form-teile fr kugelige und ebene Gleitflchen herstellen.5 Gleitlager mit zylindrischer Laufflche5.1 GrundformenDie in der Richtlinie VDI/VDE 2252 Blatt 1 gegebe-nen H

42、inweise fr ein- und zweistellige Lagerungenbzw. axial wirkende Krfte gelten im Prinzip auchhier.1)Kriecherscheinung (Retardation) verursacht durch uere Kraft,Deformation oder/und Temperaturerhhung Folge: Abfall der elasti-schen Kennfunktion (Relaxation).2)PUR hat hnliche Eigenschaften wie PA, jedoch

43、 geringere Wasser-aufnahme. Es ist relativ weich (je nach Typ) und besitzt bei guterSchmierung hohe Abriebfestigkeit.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingen

44、ieure e.V., Dsseldorf 2007 6 VDI/VDE 2252 Blatt 25.2 BerechnungsgrundlagenAuch in der Feinwerktechnik ist bei Einsatzbedin-gungen nahe der physikalischen oder mechanischenGrenzwerte die Berechnung der Lager unerlsslich(gegebenenfalls in Abstimmung mit den Herstellernund deren Erfahrungen). Durch Ber

45、echnen lsst sicheine optimale Lsung fr Gebrauchsdauer (pv-Wert)und Lebensdauer finden; gegebenenfalls muss auchdie Einpresskraft nach DIN 7190 berechnet werden.Tabelle 2. Formelzeichen(vergleiche VDI/VDE 2252 Blatt 1 und VDI 2541)Die Gebrauchsdauer hngt ab von Werkstoff, Tempe-ratur, Rautiefe der Ge

46、genlaufflche sowie besondersvon Lagerbelastung (Flchenpressung) p und Ge-schwindigkeit v (pv-Wert).pv-WertBei der Berechnung sind die Einzelwerte fr p und vso abzustimmen, dass der von den Lieferfirmen ange-gebene zulssige pv-Wert nicht berschritten wird.Mit steigender Temperatur nimmt der pv-Wert a

47、b.Zur berschlgigen Prfung der Belastbarkeit fr Ra-dialgleitlager wird der maximale pv-Wert nach Glei-chung (3) berechnet (d1siehe Bild 2):Spezifische Lagerbelastung (Flchenpressung) pin N/mm2(1)Gleitgeschwindigkeit v, bezogen auf Gegenlaufflchein m/s (2)Belastbarkeit (Tragfhigkeit) pv folglich(3)5.3

48、 Genauigkeit, LagerspielDie Genauigkeit einer Lagerung hngt von ihrem tat-schlichen Spiel ab, wobei zwischen Einbau- und Be-triebsspiel zu unterscheiden ist weitere Hinweisesiehe Richtlinie VDI/VDE 2252 Blatt 1.Das Lagerspiel muss alle Manderungen aufneh-men, welche durch Wrmeausdehnung und Feuchtig

49、-keitsaufnahme der Lagerwerkstoffe entstehen. In un-gnstigen Fllen kann verhltnismig groes Lager-spiel einen ruhigen Lauf nicht mehr gewhrleisten.Ein Ausfall von Kunststofflagern ist berwiegend aufzu geringes Lagerspiel weniger auf zu hohe Belas-tung zurckzufhren.Kunststofflager (Massivlager) zum Ei