Gemeinschaftliches FVA-Vorhaben von MEGT an der TU Kaiserslautern und KTmfk zur Entwicklung von Analysemethoden für abweichungsbehaftete Wälzlagersysteme im November 2022 abgeschlossen
Wälzlager sind essentielle Bauteile in allen Bereichen des Maschinenbaus, da sie bei geringen Kosten eine genaue und reibungsarme Abstützung drehender Bauteile ermöglichen. Weltweit werden jährlich über zwölf Milliarden Wälzlager verbaut. Bei der Auslegungsrechnung wird in der Regel näherungsweise von idealen Geometrien ausgegangen. Reale Bauteile sind jedoch unvermeidbar abweichungsbehaftet. Diese geometrischen Imperfektionen, welche stets statistisch verteilt sind, führen zu einer Veränderung der lagerinternen Lastverteilung, wodurch das Betriebsverhalten des Lagers beeinflusst wird. Kritische Kenngrößen sind dabei u. a. die Lagerlebensdauer oder das Reibmoment, da der Minimierung von Ressourcen- und Energieverbrauch vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung und steigender Rohstoff- und Energiepreise eine große Bedeutung zukommt. Im Zuge der zunehmenden Verbreitung elektrischer Fahrzeuge, bei denen im Gegensatz zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor keine Überdeckung von Störgeräuschen durch die Schallemissionen des Motors erfolgt, rückt auch die Reduzierung von Schwingungen zunehmend in den Fokus. Im Rahmen des Forschungsvorhabens FVA 736 II, einer Kooperation zwischen dem KTmfk und dem Lehrstuhl für Maschinenelemente, Getriebe und Tribologie (MEGT) der TU Kaiserslautern, wurde daher eine Methode entwickelt, welche eine Berücksichtigung statistisch verteilter geometrischer Abweichungen bei der Auslegungsrechnung von Zylinderrollenlagern ermöglicht und auf der Verbindung von am KTmfk durchgeführten statistischen Toleranzanalysen mit Mehrkörpersimulationen am MEGT basiert. Dabei wird zunächst virtuell eine beliebige Zahl abweichungsbehafteter Bauteile erzeugt. Für diese wird anschließend jeweils eine Berechnung der resultierenden Lagerringverformungen und eine Auswertung relevanter Kennwerte wie Lebensdauer oder Lagerverkippung durchgeführt. Durch diese statistische Betrachtungsweise kann die Realitätsnähe der Berechnungsergebnisse gesteigert werden. Darüber hinaus wird so eine Optimierung der Tolerierung der Anschlussbauteile ermöglicht, welche die Erfüllung der funktionellen Anforderungen bei möglichst geringem Herstellungsaufwand gewährleistet. An relevanten Punkten innerhalb des Parameterraums (etwa im Fall eines Lagers mit besonders hoher resultierender Lebensdauer) kann im Anschluss daran eine detaillierte Untersuchung des dynamischen Verhaltens (z. B. des Reibmoments oder Schwingungsverhaltens) mithilfe einer Mehrkörpersimulation durchgeführt werden.