Kopplungsmechanismen kombinierter Radial-Axialgleitlager

Von:

Daniel Großberndt

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In dieser Arbeit werden Berechnungsverfahren für kombinierte Radial-Axialgleitlager entwickelt. Dafür werden zwei Kopplungsansätze verfolgt. Der erste Ansatz wird durch die Entwicklung eines iterativen Berechnungsverfahrens umgesetzt. Hierbei werden der Radial- und der Axialteil getrennt voneinander berechnet und über gemeinsame Randbedingungen gekoppelt. Diese Kopplungsrandbedingungen werden iterativ so bestimmt, dass die Massen- und Energieerhaltung an den Modellschnittstellen erfüllt werden. Weiterhin wird ein monolithisches Berechnungsverfahren als zweiter Ansatz entwickelt. In diesem Fall werden die zu lösenden Gleichungssysteme der Lagerteile unter Berücksichtigung der notwendigen Kopplungsgleichungen zu gemeinsamen Gleichungssystemen des Gesamtlagers fusioniert. Die im Rahmen des iterativen Berechnungsverfahren iterativ zu bestimmenden Randbedingungen sind im monolithischen Fall dann direkter Teil der Lösung dieser Systeme. Gute Übereinstimmungen zeigt der Abgleich der Berechnungsergebnisse beider Berechnungsverfahren mit experimentellen Ergebnisse aus der Literatur, sodass so Funktionsfähigkeit der entwickelten Berechnungsverfahren nachgewiesen werden kann. Durch die monolithisch gekoppelte Energiegleichung können lokale Temperaturverteilungen an den Schnittstellen der Lager aufgelöst und damit die lokale Wechselwirkung der Temperaturverteilungen in den Lagerteilen abgebildet werden. Weiterhin zeigt der monolithische gegenüber dem iterativen Berechnungsansatz deutliche Vorteile bei der numerischen Stabilität und den Rechenzeiten. Der Mehrwert der entwickelten Berechnungsverfahren gegegenüber den in der industriellen Praxis gängigen Berechnungsansätzen wird anhand verschiedener Parameterstudien vorgestellt.