DIN 31652-3-2017 Plain bearings - Hydrodynamic plain journal bearings under steady-state conditions - Part 3 Permissible operational parameters for calculation of circular cylindri.pdf

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1、Januar 2017DEUTSCHE NORM Preisgruppe 8DIN 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!%uI“2588238www.din.deDIN 31652-3Gleitlager Hydrodynamische Radial-Gleitlager

2、 im stationren Betrieb Teil 3: Betriebsrichtwerte fr die Berechnung von KreiszylinderlagernPlain bearings Hydrodynamic plain journal bearings under steady-state conditions Part 3: Permissible operational parameters for calculation of circular cylindrical bearingsPaliers lisses Paliers hydrodynamique

3、s radiaux fonctionnant en rgime stabilis Partie 3: Paramtres oprationnels admissibles pour la calculation des paliers cylindriques circulairesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frdie 2012-01 zurckgezogene NormDIN 31652-3:1983-04www.beuth.deGesamtumfang 11 SeitenDDIN

4、-Normenausschuss Wlz- und Gleitlager (NAWGL)DIN 31652-3:2017-01 2 7BInhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen 4 3 Betriebsrichtwerte zur Vermeidung von Verschlei . 4 4 Betriebsrichtwerte zur Vermeidung von mechanischer berbeanspruchung 6 5 Betriebsrichtwerte zur Vermeidun

5、g von thermischer berbeanspruchung . 8 6 Betriebsrichtwerte fr das Lagerspiel 9 Literaturhinweise . 11 DIN 31652-3:2017-01 3 Vorwort Dieses Dokument wurde im NA 118-02-04 AA Gleitlagerberechnung“ des DIN-Normenausschusses Wlz- und Gleitlager (NAWGL) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen

6、, 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 Betrieb, besteht aus: Teil 1: Berechnung

7、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 31652-3:1983-04 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) redaktionell berarbeitet; b) pmax

8、 lim- Werte (Tabelle 3) aufgenommen; c) Erfahrungen fr hmin lim-Werte aufgenommen. Frhere Ausgaben DIN 31652-3: 1983-02, 1983-04 DIN 31652-3:2017-01 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm stellt Betriebsrichtwerte fr die Berechnung kreiszylindrischer Radial-Gleitlager auf. Die Richtwerte stellen geometris

9、ch und technologisch bedingte Betriebsgrenzwerte im tribologischen System Gleitlagerung dar. Sie sind Erfahrungswerte, die auch bei kleinen Streinflssen (siehe DIN 31652-1:2017-01) noch eine ausreichende Betriebssicherheit ermglichen. Die Erfahrungswerte sind stark vom Einsatzbereich der Gleitlager

10、abhngig und knnen fr spezielle Anwendungsgebiete modifiziert werden. Die Erklrung der Formelzeichen und Berechnungsbeispiele sind in DIN 31652-1:2017-01 enthalten. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung

11、 dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 31652-1:2017-01, Gleitlager Hydrodynamische Radial-Gleitlager im stationren

12、Betrieb Berechnung von Kreiszylinderlagern DIN 31652-2:2017-01, Gleitlager Hydrodynamische Radial-Gleitlager im stationren Betrieb Funktionen fr die Berechnung von Kreiszylinderlagern DIN ISO 4381, Gleitlager Zinn-Gusslegierungen fr Verbundgleitlager DIN ISO 4382-1, Gleitlager Kupferlegierungen Kupf

13、er-Gulegierungen fr dickwandige Massiv- und Verbundgleitlager DIN ISO 4382-2, Gleitlager Kupferlegierungen; Kupfer-Knetlegierungen fr Massivgleitlager DIN ISO 4383, Gleitlager Verbundwerkstoffe fr dnnwandige Gleitlager 3 Betriebsrichtwerte zur Vermeidung von Verschlei Bei der Auslegung von Gleitlage

14、rn wird durch eine ausreichende Gre der minimalen Schmierfilmdicke hminVollschmierung angestrebt. Ihre Gre bestimmt die an die Oberflchenrauheit von Zapfen und Lager und auch an die Feinheit des einzusetzenden lfilters zu stellenden Anforderungen. Im An- und Auslauf ist auch bei hydrodynamisch gesch

15、mierten Gleitlagern Mischreibung unvermeidbar. Bei richtiger Werkstoffwahl, nach einem erfolgreichen Einlaufprozess und bei nicht zu hufigen An- und Auslufen ist der dabei entstehende milde Verschlei unschdlich. Im Betriebszustand sollen die Oberflchen(rauheiten) von Zapfen und Lager sich nicht berh

16、ren. DIN 31652-3:2017-01 5 Legende Rzgemittelte Rautiefe WtWelligkeit f Durchbiegung ber der Lagerbreite Schiefstellungswinkel der verkanteten Welle B Lagerbreite Bild 1 Oberflchengte der Gleitpartner und Zapfenverformungen Mit den, in der Legende zu Bild 1, beschriebenen Gren wre die theoretische b

17、ergangsschmierspaltweite zur Mischreibung (ohne Bercksichtigung einer Lagerverformung) min,tr= (+) +2+2 tan (1) Bei ausreichend starrer bzw. verformungsgerechter Gestaltung der Bauteile und guter Oberflchenbearbeitung sowie leistungsfhigen Lagerwerkstoffen ist folgender Grenzwert fr die zulssige kle

18、inste Schmierfilmdicke hmin limblich: fr neue Lager: minlim= (0,5null1,0)zJ+ zB (2) Dieser Grenzwert ist fr die Beurteilung der Betriebssicherheit gegenber Verschlei zu bevorzugen. Fr eingelaufene Lager mit kleinen Abmessungen ist nach Literaturangaben fr den bergang in Mischreibung sogar erreichbar

19、: hmin,tr= oder hmin,tr= RzJbzw. hmin,tr= 0,5 bis 1 m (fr Zapfen mit RzJ= 0,5 0,8 m und leistungsfhige Dreistofflager) Tabelle 1 enthlt Erfahrungsrichtwerte fr hmin limin Abhngigkeit vom Zapfendurchmesser und von der Umfangsgeschwindigkeit der Welle, wobei fr den Zapfen eine (fr kleine Durchmesser r

20、elativ groe) gemittelte Rautiefe von Rz J 4 m, geringe Formfehler der Gleitflchen, sorgfltige Montage und eine ausreichende Filterung des Schmierstoffs vorausgesetzt werden. Diese Richtwerte weisen eine ausreichende Sicherheit gegenber Mischreibung auf. DIN 31652-3:2017-01 6 Tabelle 1 Erfahrungsrich

21、twerte fr die kleinstzulssige minimale Schmierfilmdicke hmin limin m Zapfendurchmesser D Umfangsgeschwindigkeit der Welle UJmm m/s ber 1 3 10 30 bis 1 3 10 30 24 63 3 4 5 7 10 63 160 4 5 7 9 12 160 400 6 7 9 11 14 400 1 000 8 9 11 13 16 1 000 2 500 10 12 14 16 18 Bei der Tragfhigkeitsbeurteilung ist

22、 auch zu beachten, dass bei etwa 0,5 die Gefahr von selbsterregten Schwingungen besteht. 4 Betriebsrichtwerte zur Vermeidung von mechanischer berbeanspruchung Der Lagerwerkstoff muss so gewhlt werden, dass die vorhandene spezifische Lagerbelastung =( )(3) kleiner ist als die zulssige spezifische Lag

23、erbelastung lim. Dies ergibt sich aus der Forderung, dass eine Deformation der Gleitflchen keine Beeintrchtigung der Funktionsfhigkeit und keine Anrisse zur Folge haben darf. Neben der Zusammensetzung des Lagerwerkstoffs sind noch zahlreiche weitere Einflussgren magebend, wie z. B. die Herstellungsa

24、rt, das Werkstoffgefge, die Lagerwerkstoffdicke und die Form und Art des Lagersttzkrpers. Unabhngig davon muss geprft werden, ob die Belastung bereits beim Anfahren in voller Gre vorhanden ist. Wenn die spezifische Lagerbelastung beim Anfahren einen Wert von etwa = 2,5 N/mm2berschreitet, muss gegebe

25、nenfalls eine hydrostatische Anhebung vorgesehen werden. Andernfalls kann schdlicher Verschlei an den Gleitflchen auftreten. Bei der Auswahl der Werkstoffe fr Welle und Lagerschale soll durch einen ausreichenden Hrtesprung fr gnstige Gleit- und Einlaufbedingungen gesorgt werden. Fr weiche Lagerwerks

26、toffe (Blei-Zinn-Legierungen und Bleibronzen) hat sich eine Hrtedifferenz zwischen Lagerschalen- und Wellenwerkstoff von etwa 100 HB bewhrt. Die in Tabelle 2 enthaltenen Angaben stellen allgemeine Erfahrungswerte fr die zulssige spezifische Lagerbelastung limdar, die ausreichende Sicherheit gewhrlei

27、sten. DIN 31652-3:2017-01 7 Tabelle 2 Erfahrungsrichtwerte fr die zulssige spezifische Lagerbelastung Lagerwerkstoff-GruppealimbN/mm2Pbc- und Sn-Legierungen 5 (15) Cu Pbc-Legierungen 7 (20) Cu Sn-Legierungen 7 (25) Al Sn-Legierungen 7 (18) Al Zn-Legierungen 7 (20) aWerkstoffe siehe DIN ISO 4381, DIN

28、 ISO 4382-1, DIN ISO 4382-2 und DIN ISO 4383. bDie in Klammern gesetzten Zahlen sind bislang nur in Einzelfllen verwirklicht worden und knnen ausnahmsweise aufgrund besonderer Betriebsbedingungen, z. B. bei sehr niedrigen Gleitgeschwindigkeiten, zugelassen werden. cAufgrund der Toxizitt von Blei ist

29、 die Anwendung von bleihaltigen Lagerwerkstoffen zunehmend einzuschrnken Der maximale Schmierfilmdruck pmaxkann bei hochbelasteten Gleitlagern so hohe Werte annehmen, dass der Lagerwerkstoff plastisch deformiert wird. In 1 wird aus der Reynoldsschen Gleichung das Verhltnis (max/) des maximalen Schmi

30、erfilmdrucks pmaxzur spezifischen Lagerbelastung AEA ermittelt. In 2 wird dafr eine Nherungsgleichung max= (,/) angegeben. Die aus der Reynoldsschen Gleichung berechneten (max/) Werte knnen sehr groe Werte erreichen, z. B. bei hohen relativen Exzentrizitten und kleinen Lagerbreitenverhltnissen max/

31、= 10 und mehr. Bei nennenswertenA EA -Werten wrde dann die Fliegrenze des Lagerwerkstoffs bei Betriebstemperatur weit berschritten werden. Tatschlich erfolgen dann aber durch die elastische Anpassung von Zapfen und Lager eine Verbreiterung des Druckgebietes und eine elastische Tragfhigkeitssteigerun

32、g. Dadurch verringert sich auch der Maximaldruck betrchtlich. In praktischen Fllen kann mit (max/)Werten von 3 bis 4 gerechnet werden. Der Maximaldruck pmaxsoll stets kleiner als die Dehngrenze Rp 0,2bzw. Stauchgrenze d, 0,2des Lagerwerkstoffs sein, und zwar bei der hchsten in der Schmierschicht auf

33、tretenden Temperatur. Die Festigkeit der Lagerwerkstoffe ist abhngig von der Temperatur. Deshalb knnen die Grenzwerte plimfr den Nennbetrieb (siehe Tabelle 3) nur in Abhngigkeit vom Grenzwert Tlimfr die maximale Schmierfilm-temperatur angegeben werden. Tabelle 3 Richtwerte fr den zulssigen maximalen

34、 Schmierfilmdruck pmaxin Abhngigkeit von der Temperatur Lagerwerkstoff-GruppeapmaxN/mm Blei-Legierungenb16 (100 C) bis 25 (50 C) Zinn-Legierungen 25 (130 C) bis 50 (50 C) Kupferlegierungen 25 (150 C) bis 50 (50 C) aWerkstoffe nach DIN ISO 4381, DIN ISO 4382-1, DIN ISO 4382-2 und DIN ISO 4383 bAufgru

35、nd der Toxizitt von Blei ist die Anwendung von bleihaltigen Lagerwerkstoffen zunehmend einzuschrnken DIN 31652-3:2017-01 8 Bei Verbundlagern mit weichen Lagermetallen (z. B. Zinnbasis-Legierungen) hngen diese Grenzwerte berdies noch von der Dicke der Lagermetallschicht und von der konstruktiven Gest

36、altung des Sttzkrpers ab. Bei dnnen Schichten knnen hhere Belastungswerte zugelassen werden. Andererseits verringert sich dabei die Anpassungsfhigkeit an Verkantungen und Verformungen der Welle. Dies muss dann durch Form und Einbau des Sttzkrpers ausgeglichen werden. Die angegebenen Hchstwerte von p

37、limgelten fr die Schmierung mit Minerallen. Bei hheren Betriebs-temperaturen mssen gegebenenfalls Sonderschmierstoffe eingesetzt werden. Grundstzlich muss die Vertrglichkeit von Lagermetall und Schmierstoff sichergestellt sein. 5 4BBetriebsrichtwerte zur Vermeidung von thermischer berbeanspruchung D

38、ie hchstzulssige Lagertemperatur TB limist abhngig vom Lagerwerkstoff und vom Schmierstoff. Mit steigender Temperatur fallen Hrte und Festigkeit der Lagerwerkstoffe ab. Aufgrund ihrer niedrigeren Schmelztemperaturen macht sich dies besonders stark bei den weichen Lagermetallen bemerkbar. Auerdem ver

39、ringert sich mit steigender Temperatur die Viskositt des Schmierstoffs. Hierdurch wird die Tragfhigkeit der Gleitlagerung gemindert, was unter Umstnden zu Mischreibung mit Verschlei fhren kann. Die Alterung von Schmierstoffen wird durch hohe Temperaturen stark beschleunigt. Bei stationrem Betrieb de

40、s Gleitlagers liegt ein konstantes Temperaturfeld vor. Bei der Gleitlager-Berechnung nach dieser Norm ist es ausreichend, die thermische Lagerbeanspruchung durch die Schmierstoffaustrittstemperatur Texzu beschreiben und sicherzustellen, dass diese TB Iimnicht berschreitet. Von der gesamten fr die La

41、gerschmierung zur Verfgung stehenden Schmierstoffmenge befindet sich immer nur zeitweise ein kleiner Teil im Schmierspalt und damit auf erhhtem Temperaturniveau. Das bedeutet, dass nicht nur TBbzw. Texsondern auch das Verhltnis vom Gesamtschmierstoffvolumen zum Schmierstoffdurchsatz fr die Lebensdau

42、er des Schmierstoffes magebend ist. Dieses Verhltnis ist im Allgemeinen bei umlaufgeschmierten Lagern gnstiger als bei eigengeschmierten Lagern. Die in Tabelle 4 enthaltenen Angaben stellen allgemeine Erfahrungswerte fr TB limdar, bei denen bercksichtigt ist, dass der Maximalwert des Temperaturfelde

43、s ber der berechneten Lagertemperatur TBbzw. ber der berechneten Schmierstoffaustrittstemperatur Texliegt. Tabelle 4 Erfahrungsrichtwerte fr die hchstzulssige Lagertemperatur TB IimArt der Lagerschmierung TB IimaC Bei einem Verhltnis von Gesamtschmierstoffvolumen zum Schmierstoffdurchsatz je Minute

44、bis 5 ber 5 Druckschmierung (Umlaufschmierung) 100 (115) 110 (125) drucklose Schmierung (Eigenschmierung) 90 (110) a Die in Klammern gesetzten Zahlen knnen ausnahmsweise aufgrund besonderer Betriebsbedingungen zugelassen werden. DIN 31652-3:2017-01 9 6 5BBetriebsrichtwerte fr das Lagerspiel Das Lage

45、rspiel ist von groem Einfluss auf das Betriebsverhalten des Gleitlagers und kann vom Konstrukteur am einfachsten verndert werden. Es kann deshalb mit Hilfe einer Parametervariation mglichst optimal gewhlt werden. Bild 2 zeigt den typischen Verlauf der fr die Lagerauslegung wichtigen Zustandsgren: kl

46、einste Schmierfilmdicke hmin; Lagertemperatur TB; Reibungsleistung Pf; ldurchsatz Q; maximaler Schmierfilmdruck pmaxsowie das Optimalspiel optund die Anordnung des Lagerspiel-Toleranzbereichs minbis max. Legende Y Gleitlagerzustandsgren eff effektives relatives Lagerspiel min minimales Betriebslager

47、spiel max maximales Betriebslagerspiel opt optimales Betriebslagerspiel hmin minimale Schmierfilmdicke TB Lagertemperatur (= Schmierstoffaustrittstemperatur Tex) Ten Schmierstoffeintrittstemperatur PfReibungsleistung Q Gesamtschmierstoffdurchsatz pmaxmaximaler Schmierfilmdruck Bild 2 Schematische Da

48、rstellung der Abhngigkeit der wichtigsten Lagerzustandsgren vom relativen Warmspiel fr ein kreiszylindrisches Radial-Gleitlager unter stationrer Belastung DIN 31652-3:2017-01 10 Allgemein gilt: Je grer die Belastung und je kleiner die effektive Umfangsgeschwindigkeit sind, umso kleiner ist das optimale relative Lagerspiel und andererseits je grer die Umfangsgeschwindigkeit und je kleiner die Belastung sind, umso grer ist das optimale relative Lagerspiel. Das War