Welkom

Construeren met wentellagers

Programma

• Lagerkeuze

- Lagerlevensduur

- Vermoeiingsproces

- Spanningsconcentratie

- Lagerstaal

- Materiaaldegradatie

- Levensduurberekening

• Lagersmering

- Berekening olievolumestroom

- Energieverlies

• Lagerconstructie

- Kegellagers afstellen

Algemeen

Voorbeeld : toepassing Roerpropellor.

Gevraagd : lagerkeuze

Lagerkeuze wordt o.a. bepaald door:

• Beschikbare ruimte

• Belastingen

• Toerental

• Scheefstelling

• Temperatuur

• Omgeving, etc.

Lagerkeuze

Theoretisch kan de levensduur van een lager berekend worden:

• L10 = 1 x 106 (C/P)p x a1 x a2 x a3 (uren) volgens ISO 281

n x 60

Waarbij geldt:

• n = toerental (omw/min)

• C = dynamisch draaggetal (N)

• P = belasting (N)

• p = exponent ( 3 = kogellagers; 10/3 = rollagers)

• a1 = correctiefactor voor betrouwbaarheid

(vb. 1 = 90% betrouwbaarheid)

• a2 = correctiefactor voor materiaalzuiverheid

• a3 = correctiefactor voor bedrijfsomstandigheden

Lagerkeuze

In de praktijk wordt de levensduur beïnvloed door (primair):

• Materiaalvermoeiing

• Adhesieve slijtage

• Corrosie

In de praktijk wordt de levensduur beïnvloed door (secundair):

• Onvoldoende smering

• Te veel smering

• Vervuiling

• Montagefouten

• Elastische vervormingen

• Thermische vervormingen

• Constructie cq. Fabricagefouten

• Productiefouten tijdens lagerproductie

Lagerlevensduur

Spanningsconcentratie

onder het oppervlak

Spanningsconcentratie

aan het oppervlak

Spanningsverloop onder oppervlak

Vermoeiing Hoge lokale belasting

Vermoeiingsproces

Scheurvorming

1

Vervuiling

Spannings-

concentratie

2

Uitbrokkeling

3

Spanningsconcentratie

C = indrukkingbreedte

r = indrukking radius

C

r

Lage = hoge spanning

Spanningr

rc

Hoge = lage spanning

rSpanning

rc

C (mm) C (mm)

SpanningsconcentratieOplossing:

• Veranderen van de microstructuur van het lager. Het materiaal heeft een

hoog gehalte aan rest-austeniet en een hoge hardheid.

• Dit zorgt voor een afvlakking van de spanningsconcentraties aan de

zijkanten van de indrukkingen.

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

010 20 30 40 50 60 700

waarde

Rest-austeniet %

r

c

Aantal cycli tot uitval

105

107

106

20 40 600

Meer rest austeniet Grotere waarderc

Hogere levensduur

Lagerstaal

X4000

400

300

200

100

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2Carbide grootte (mm)

Aantal

Standaard lagerstaal

400

300

200

100

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2Carbide grootte (mm)

Aantal

Nieuw materiaal

00

X4000

Materiaaldegradatie BEGINTOESTAND

NA 12 UUR

NA 8 UUR

NA 2 UUR

Vergroting van indrukking aangebracht met

Vickers hardheidsmeter

Afrol-

richting

LagersmeringWat is het doel van smeren:� Uitsluiten van metallisch contact tussen wentellichamen en loopbanen.� Verminderen inwendige wrijvingsweerstand.� Verminderen corrosievorming als gevolg van vochtintrede.� Beschermen tegen vervuiling van buitenaf.

We onderscheiden 2 soorten smering, vet- en oliesmering. In 90% van de gevallen wordt vetsmering toegepast.

In de overige 10% van de gevallen wordt voor oliebad, olienevel of olieinspuitsmering gekozen. In bijzondere situaties kiest men voor vaste smeermiddelen.

In de constructie van de roepropellor wordt een combinatie van olie inspuitsmering en olie omloopsmering toegepast. Het is in dat geval belangrijk om de benodigde olievolumestroom te berekenen voor de verschillende lagerposities.

Lagersmering

Berekening Olievolumestroom

1,58705023332334

4,17705023329440

1,34705023323948

8,13704073324148 C/E4

4,34704073329434

0,75704073332032 XJ

2,90556073132232

7,00556073132336

9,3855401.80031328 X/DF

7,3355401.800NU 248 E

UitlaatInlaat

Volumestroomliter/min.

Temperatuur (°C)ToerentalOmw/min.

Lagertype

Smeermiddel type SAE 30 > (40°C = 94 cSt/ 100°C = 10,80 cSt)

EnergieverliesHet energieverlies in een lager als gevolg van de lagerwrijving is afhankelijk

van het totale wrijvingsmoment van het lager en het toerental.

Het totale wrijvingsmoment wordt bepaald door het wrijvingsmoment bij rollen,

glijden, evt. de afdichtingen en de stromingsverliezen.

Uit praktijkervaring is gebleken dat er in de constructie van de roerpropellor

2 lagerposities zijn waarbij de grootste warmteontwikkeling te verwachten is.

De in de tabel vermelde waarde voor de temperatuurstijging is

berekend aan de hand van totale beschikbare massa voor de warmteafvoer

(as- en huis) en het betreft hier een ruwe schatting.

Opmerking: selectie smeermiddel bepaald door klant SAE 30.

2,235.40670SAE 3024148 C/E4

4,227.08755SAE 30NU 248 E

Temperatuurstijging∆T (°C/min.)

Energieverlies(Watt)

Bedrijfstemperatuur(°C)

SmeermiddelLagertype

Berekening Energieverlies

Lagerconstructie

Aandachtspunten:

• Keuze as- en huispassingen

• Bereikbaarheid; montage- en demontage

• Materiaalkeuze

• Lagerspeling/ voorspanning > afstellen kegellagers

Belangrijk in een constructie met tandwielen is een correcte

ingrijping van de tanden. Speling in de as zal een negatief effect

hebben op de levensduur van de tanden als gevolg van een

verhoogde slijtage van de tandflanken.

Dit geldt tevens voor de lagers waarmee de as wordt ondersteund

en, als slijtagedeeltjes in het smeermiddel terechtkomen, voor de

overige lagers in de constructie.

Kegellagers afstellen• In de tabel staan speling en voorspanning uitgezet als

functie van de levensduur voor een willekeurige

kegellagercombinatie.

• Een optimum wordt bereikt bij een lichte voorspanning

na montage.

• De keuze voor voorspanning of speling wordt beïnvloed

door de as- en huispassingen en de temperatuurtoename

in bedrijf.

Kegellagers afstellenVoorbeeld berekening:

• Lagertype : 30215 X

• Montage : O- opstelling incl. tussenring

• Aspassing : n6

• Huispassing : J7

• Afstand lagers : 50 mm

• ∆T : 10°C (binnen- en buitenring)

Resultaat berekening:

• Theoretisch berekende gemiddelde spellingsvermindering na montage

bedraagt 0.230 mm.

• Afstellen op nul- speling geeft na montage voorspanning! (-0,230 mm)

Kegellagers afstellenEenvoudige montage mogelijk met behulp van sets met vooraf ingestelde

speling/ voorspanning = BEP (Bench End Play).

www.brammer.nl