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Lehrstuhl für Maschinenelemente, Getriebe und Kraftfahrzeuge (LMGK)
Prof. Dr.-Ing. W. Predki |
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Nr. 89.10 aus der Schriftenreihe ( ISBN - 3 - 89194 - 084 - X )
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Deutsch:
Ernst Raphael
Kritische Betriebszustände von Planetenrad-Nadellagern
Kurzbeschreibung:
Den Anlass zu dieser Arbeit gaben Verschleißschäden an vollnadeligen, d. h. käfiglosen Planetenradnadellagern in Nutzfahrzeug - Automatigkeitgetrieben. Da die Praxis weder schädigende Betriebszustände noch den Schadenmechanismus kannte, liegt die Aufgabenstellung in deren Erforschung.
Hierzu dienen theoretische Simulationsmodelle, die über die Bewegung der Wälzkörper Druck, Geschwindigkeiten und schadensrelevante Kenngrößen in den Schmierspalten des Lagers ermitteln. Eine umfassende Untersuchung verschiedener numerischer Verfahren zur Lösung der Bewegungsgleichungen der Wälzkörper bringt mit der Trapezregel ein wesentlich geeigneteres als das Runge - Kutta - Verfahren hervor. Ein räumliches Lagersimulationsmodell gestattet die Berücksichtigung der Verkippung des Planetenrades aufgrund der Schrägverzahnung. Es ermöglicht die Berechnung der Schränkung der Nadeln und des daraus resultierenden Axialschubes.
Versuche an einem rechnergesteuerten Prüfstand bestätigen die Resultate der theoretischen Berechnungen dahingehend, dass Last- und Drehzahländerungen sowie Axialschub das Lager selbst nicht gefährden. Die Schadenursache liegt vielmehr im instationären Schlupf, welcher nur in vollnadeligen Lagern bei leichter Last auftritt. Die kritischen Drehzahlen, oberhalb derer es zu Schäden kommt, liegt hier weit unterhalb der bisher bekannten Drehzahlgrenze für solche Probleme.
Die Versuche erbrachten ein Schadensgebiet, welches in einem Last-Drehzahl-Diagramm für die Praxis vorliegt. Desweiteren werden Vorschläge zur Schadensverhütung unterbreitet.
English:
Ernst Raphael
Critical operational conditions of planetary gears with needle bearings
Summary:
The investigation of critical conditions was initiated by wear damages to cagesless full complement planet gear needle bearings in automatic car transmissions. For neither operation conditions nor damage mechnisms were known, the research of them are topics of this paper.
Therefore theoretical simulation models are used to calculate the needle motion and thereof pressure, velocities and damage-indicating numbers of the lubrication gap. In advance the needle motion equations are solved by the trapezoidal rule instead of using a Runge-Kutta method. A spatial needle bearings simulation model takes into consideration the skewing of helical planet gears. It allows the calculation of axial forces caused by needle skewing.
Experimental investigations in a computer controlled test rig confirm the results of the theoretical calculations by showing no damages under load and speed changing conditions or caused by needle skewing.
Rather than that the reason of damages is instationary, i. e. changing roller slip, shich occurs in lightly loaded full complement needle bearings. Remarkably the critical speed lies far beyond the previous well-known range.
The tests supplied a bad area inside a load - speed chart. Finally this paper proposes some steps to prevent wear in full complement needle bearings at low load.
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