Verwendung der exakten makroskopischen Geometrie in Elastohydrodynamic Simulationen von Punkt- und Ellipsenkontakten - Wirsching, Sven; Bartz, Marcel (63. Tribologie-Fachtagung, 2022)
Im Inneren von bordgeführten Rollenlagern existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen tribologischen Kontaktformen. So sind nicht nur Linienkontakte an den Laufbahnen, dem Käfig sowie den Wälzkörpern, sondern auch Punkt- und Ellipsenkontakte zwischen Wälzkörperstirnfläche und Ringbord vorhanden. Die Kraftübertragung erfolgt über diese geschmierten, konzentrierten Wälz- und Wälz-Gleit-Kontakte. Abhängig von der Belastungssituation tragen diese Kontakte unterschiedlich zum Betriebsvermögen des Rollenlagers bei. Axiale Lasten auf bordgeführte Rollenlager werden vorwiegend über die Punkt- und Ellipsenkontakte zwischen Rollenstirn und Ringbord übertragen. Diese ölgeschmierten Punkt- und Ellipsenkontakte können mit Hilfe von Elastohydrodynamik (EHD) Simulationen berechnet und ausgelegt werden. Bei bestehenden Methoden zur Berechnung der EHD von Punkt- und Ellipsenkontakten werden die makroskopischen Geometrien der Kontaktpartner vereinfacht, ähnlich der Theorie nach Hertz, über Ellipsoide beschrieben. Kontakte realer, komplexer Geometriepaarungen von Wälzkörper und Ringbord, wie sie zur Optimierung der axialen Belastbarkeit oder des Reibungsmomentes von Rollenlager eingesetzt werden, lassen sich damit allerdings nur ungenau ermitteln. Im Vergleich zur exakten Berücksichtigung der makroskopischen Geometrie sind größere Diskrepanzen in der Schmierfilmhöhe, des Kontaktdrucks und der Reibung zu verzeichnen. Aus diesem Grund wird in diesem Beitrag eine EHD Simulation vorgestellt, welche die exakte makroskopische Geometrie des Punkt- bzw. Ellipsenkontaktes berücksichtigt. Die makroskopische Geometrie wird, wie bereits von Wirsching vorgestellt, mit Hilfe von mathematischen Funktionen erzeugt und über ein Ray-Tracing Verfahren der Ersatzkörper für die EHD Simulation generiert. Verschiedene Geometriepaarungen aus Kugel, Ebene, Kegel und Torus werden untersucht. Die Ergebnisse für Schmierfilmhöhe, Kontaktdruck und Reibung werden mit den Ergebnissen aus herkömmlichen EHD Simulationen, welche eine Geometriebeschreibung über Ellipsoide verwendet, verglichen. Durch den Vergleich der berechneten Geometriepaarungen werden die Möglichkeiten und Grenzen der veränderten Geometriebeschreibung beurteilt.<
Keywords: elastohydrodynamics; contact; friction systems; calculation and simulation methods; bearings