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Guten Tag,

ich habe vor ein paar Wochen die Aufgabe bekommen, die notwendige Vorspannung für eine Lagerung zu berechnen.
Folgende Eckdaten:
Lagerung: Kegelrollenlager in O-Anordnung
Alle 5 minuten dreht sich die Welle um 60° und nach 30 sec wieder zurück
Axiale Kraft: ca. 300N und tritt alle 5min auf.
Umgebungstemperatur bis zu 35°
Lagerwelle aus 100Cr6, Das Gehäuse ist auch aus Stahl, mir fällt aber nicht mehr ein, aus welchem Werkstoff ist es.
Zwischen den beiden Lager wird eine Hülse und eine Passscheibe gesetzt, um die Lager nicht zu überspannen.
Ich habe mich schon mit SKF in Verbindung gesetzt und der Ingenieur an der Leitung wusste nicht mehr wie das geht und habe versprochen sich in den nächsten Tagen zu melden. Nun sind schon 3 Wochen vergangen und mir stinkt es langsam. Er hat allerdings eine Vorspannung bis zu 0,05mm empfohlen. Ich möchte aber gerne wissen welcher Wert zwischen 0 und 0,05 für mich der richtige ist. Internet Recherche hat leider nicht viel gebracht.
Kann mir jemand von euch einen Tipp geben bzw. Literatur empfehlen, damit ich da weiterkommen kann?

Schöne Grüße

Ivan

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[Diese Nachricht wurde von Ivanoff am 16. Mrz. 2015 editiert.]

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" Kann mir jemand von euch einen Tipp geben bzw. Literatur empfehlen, damit ich da weiterkommen kann ? "
Sicher kann ich, weil ich so ein Zeugs zur Zeit täglich rechne. 

Ich gehe davon aus, daß alle Teile aus Stahl sind und alles sich im elastischen Bereich abspielt.
Deswegen reicht eigentlich der E-Modul von Stahl vollkommen aus.
Der ist ca. 210 000 MPa .
Wenn die Welle nicht gerade 10 Meter lang ist, wirst du die Vorspannung kaum mit deren Elastizität erreichen können.
Es sei denn Du arbeitest mit der Genauigkeit von Atom-Raketen. 
Die Vorspannung über die Länge wird wohl bei den übleichen Toleranzen
nicht funktionieren.  Hier besonders die Breite der Lager.

Außerdem interessiert doch nur die Kraft zum Vorspannen.
das geht am einfachsten mit Tellerfedern oder geschlitzten Tellerfedern.
Der Rest ist dann einfach.

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Klaus

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Hallo Klaus,

danke für deine Antowrt. Bei den Tellerfedern haben wir das Problem, dass Sie auch gelegentlich nachgeben, wenn die Kraft aus irgendwelchem Grund plötzlich zu hoch ist und somit haben wir eine Variablen Vorspannung. Das können wir leider nicht zulassen. Aber ich verstehe, dass dadurch beide Lager gespannt bleiben, trotz auftretender Axialkrft.  Weiterhin handelt es sich hierbei,um eine bestehende Konstruktion, die nicht großartig geändert werden darf. Mein Vorgänger hat die Konstruktion ohne Vorspannung vorgesehen, was für mich nicht viel Sinn ergibt aufgrund der auftretende Axialkraft. Mit der Hülse und die Passscheibe zwischen den Lager, wollte er die Nullvorspannung gewährlesiten. Ich möchte also jetzt die Scheibe noch ein paar my runterschleifen lassen, um die Lager vorzuspannen.
Der Abstand zwischen den beiden Lager ist etwa 250mm. Gehäuse und Welle sind aus Stahl. Die Genauigkeit ist in 10my Bereich.

"Die Vorspannung über die Länge wird wohl bei den übleichen Toleranzen
nicht funktionieren.  Hier besonders die Breite der Lager. " Was meinst du damit?

Für mich sind folgende Fragen noch offen:
- Wie bestimme ich die notwendige Vorspannkraft?
- Wie kann ich die Vorspannkraft so umrechnen, dass ich am Ende diese über das Anschleifen der Passscheube einstellen kann?

Gruß

Ivan

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Hallo, die notwendige Vorspannkraft für die Kegelrollenlager steht in den Datenblättern dazu.

Die Hülse hat eine Querschnittsfläche und auf den kommt es an.
Der E-Modul ist 210 000 MPa oder N/mm²
Der Querschnitt multipliziert mit dem E-Moldul ergibt eine Kraft.

Diese Kraft dividiert durch die Länge ergibt die Federkosntante der Hülse.
Das funktioniert aber nur wenn die Hülse den kleinsten Querschnitt hat.

Mit den Formeln für die Feder kannst Du die Ausgangslänge ausrechnen.

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Klaus

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http://www.skf.com/de/products/bearings-units-housings/ball-bearings/principles/application-of-bearings/bearing-preload/determining-preload-force/index.html

Gruß Alex

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Hallo Klaus, hallo Alex,

vielen Dank. Ich werde mir das mal am Montag noch mal anschauen und versuche es zu berechnen.
Ich gebe dann Feedback dazu.
@Alex ich habe diese Informationen schon mehr Mals gelesen, leider habe ich es nicht verstanden.

Gruß

Ivan

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Lagerung0-Anordnung.jpg

Hallo Klaus,

ich habe mir die ganze Sache noch mal angeschaut. Irgendwie komme ich nicht darauf wie ich die Länge der Anpassscheibe berechnen kann.
Ich muss doch die Vorspannkraft über den Vorspannweg einstellen. Vorspannkraft habe ich bereits ausgerechnet. Diese wäre bei mir 224N.
Wie berechne ich jetzt wie viel mm ich vorspannen muss? Im Anhang findest du einen Screenshot von der Konstruktion.

Gruß

Ivan

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Vielleicht kannst Du hiermit etwas anfangen?

Im Übrigen erscheint mir 224N in Relation zu den Tragfähigkeiten von Kegelrollenlagern gängiger Größen sehr, sehr wenig.

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Ein Beispiel für die Berechnung der Vorspannung gibt es in der Augustausgabe von Powertranssmission (http://www.powertransmission.com/issues/0814/pt0814.pdf) auf Seite 38.

Meist ist eine Hülse steifer als das Lager. Der Lagerhersteller sollte Angaben für die Lagersteifigkeit machen können. Mit der Steifigkeit lässt sich dann der entsprechende Weg für die Vorspannung berechnen.

Eine Vorspannung mit einer Tellerfeder hat den Vorteil, dass die Vorspannkraft länger erhalten bleibt, wenn es thermische Dehnungen durch unterschiedliche Temperaturen gibt. Eine Passscheibe wäre auf die Istmasse für jeden Einzelfall anzupassen, da für P0 die Toleranz der Lagerbreite schon 0.1mm oder grösser ist.
Gruss
Markus

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Hallo, Du hast hier Summentoleranz über 6 Maße.  Die Maße B und C bei Kegelrollenlagern sind och die Ungenauesten.

Ich verstehe überhaupt nicht warum Du da innen eine Hülse brauchst.

Mit rechnen geht das nicht mehr, weil die Toleranz so groß ist. Das geht nur noch Abstand messen und dann die Hülse entsprechend bearbeiten.

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Klaus

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Hallo Zusammen,

vielen Dank für die zahlreiche Antworten. Damit komme ich schon mal ein Stückchen weiter.
@Klaus. Das mit dem Messen ist schon mal kein Problem. Damit kann ich die Stärke der Passscheibe ermitteln. Aber wenn ich die Lager vorspannen möchte, muss ich doch wissen, wieviel µm ich die Scheibe noch dünner abschleifen muss, um die gewünschte Vorspannung zu erreichen.
Übrigens die Hülse wird benötigt, um im Montagefall die Lagerung nicht zu überspannen! Sonst hat jeder Monteur seine eigene Vorspannkraft im Abhängigkeit von z.B. vor dem Frühstück und nach dem Frühstück! 

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taperStiffness.PNG

Die Steifigkeit sollte der Lagerhersteller angegeben können. Anbei ein Beispiel für Axialverschiebung über Axialkraft für ein T 5CD 025 (zufällig gewählt). Berechnet unter Annahme gleicher Last für jeden Wälzkörper, ohne Verformungen am Bord, ohne Oberflächenrauheit mit Steifigkeit nach DIN 26281 und Standardprofilierung. Aufgrund ungleichmässiger Lastverteilung und Oberflächenrauheiten wird das zu steif sein, insbesondere bei kleiner Last.

Bei zwei verspannten Lagern ergibt sich die Verschiebung pro Lager, daher wird das doppelte für die Passscheibe benötigt.

Markus

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Wenn der Hersteller die axiale Verformung durch die Vorspannkraft nicht direkt angibt, kannst Du die über die Vorspannkraft und das Drehmoment der Schraube ausmessen.

Wenn die Hülse diesen Zweck erfüllen soll, muß sie aber etwas steifer sein. Bei der Länge und dem kelein Querschnitt staucht sie sich auch.

Platz ist doch noch genug für eine dickere Hülse. 

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Klaus

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Hallo Zusammen,

so ich habe es heute zu Ende gebracht. Ich weiß nicht wirklich, ob das der richtige Weg ist, aber mir scheint es am wenigstens logisch.
So habe ich es gemacht.
Annahme T= constant (20-25°C) (Das ist bei mir der Fall)
1. Momenten- und Kräftegleichungen aufgestellt, um die radiale Kräfte auf die Lager zu berechnen.
2. Bei der Wirkung von den radialen Kräften werden axiale Kräfte hervorgerufen. Diese kann man nach der Formel (SKF) Fa=0,5.Fr/Y berechen.
3. Ich habe das Diagramm Axialverschiebung über Axialkraft für das Lager bei dem Hersteller angefragt.
4. Die höchste hervorgerufene Axialkraft habe ich zu der äußeren Axialkraft addiert.  Das Ergebnis gibt mir die gesamte Vorspannkraft pro Lager. Anhang des
Diagramms konnte ich die axiale Verschiebung im Lager ablesen. Damit ergibt sich die Vorspannung in mm PRO LAGER. Also ich muß die doppelte Vorspannung nehmen.
5. Ich habe die Federsteifigkeit der Hülse und der Passcheibe ermittelt. Und die Verformung bei einer Kraft von 2x Vorspannkraft (2 Lager) berechnet.
6. Abhängig von der Rauhigkeit der Oberflächen, setzen sich die Stoßflächen (Siehe Schraubenberechnung). Diese Verformung muss ebenfalls berücksichtigt werden.
7. Lagervorspannung + Federung der Hülse  Passcheibe + das Setzen der Oberflächen = Gesamtvorspannung

Übrigens @mr. Die Berechnung nach dieser Onlineartikel  „http://www.powertransmission.com/issues/0814/pt0814.pdf) auf Seite 38. „ ergibt fast das gleiche wie das Diagramm von dem Hersteller.
Wo hast du übrigens dein Diagramm her?

Ich freue mich über Diskussionen und bin für Kritik offen.

Gruß

Ivan 

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[Diese Nachricht wurde von Ivanoff am 16. Mrz. 2015 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Ivanoff am 16. Mrz. 2015 editiert.]

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kegelRollenWelleGrafik.PNG kegelRollenWelle.PNG

Hallo Ivan,
zu Punkt 4. Bei vorgespannten Lagern teilt sich die Axialkraft auf beide Lager auf, da Parallelschaltung zweier Federn. Bei den kleinen zuvor gennannten Kräften sollte es aber nicht darauf ankommen.
Anbei ein Bild dazu. Welle mit zwei Kegelrollenlagern und Radialkraft 1kN in der Mitte. Die äussere Axialkraft wird von 0 auf 500N erhöht.

Die rote und graue Linie sind die Axialkräfte der Lager ohne Vorspannung, da geht die Axialkraft im wesentlichen auf ein Lager.
Die blaue und grüne Linie sind mit Vorspannung, dort teilt sich die Axialkraft auf beide Lager auf.
Zur Frage nach der Quelle: Die Grafiken sind mit der MESYS Wälzlager- bzw. Wellenberechnung generiert (www.mesys.ch)

Gruss
Markus

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