Gleitlager. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gleitlager mit einer Lagerbuchse, deren Wärmedehnungszahl grösser ist als die des Lagergehäuses, in das die Buchse unmit telbar eingesetzt ist, wobei das Lagergehäuse mindestens an einer Stelle eine Wandverstär kung aufweist (beispielsweise eine Rippe).
Das Gleitlager wird unter der Annahme berechnet und bemessen, dass der im Lager laufende Zapfen die Form eines geraden Stabes aufweist, so dass an allen Stellen der Lagerbuchse infolge gleicher Drücke gleiche Betriebsbedingungen entstehen. In Wirklich keit ist diese Voraussetzung nicht gewahrt, da durch Ungenauigkeiten beim Zusammen bau und vor allem infolge von Durchbiegun- gen des Zapfens unter der Betriebslast Ab weichungen in der gegenseitigen Lage von Zapfen und Welle entstehen. Es treten hier durch die gefährlichen Kantenpressungen auf, die die Festigkeitswerte des Materials der Lagerbuchse übersteigen können und dann zu Lagerzerstörungen führen.
Man hat geglaubt, diesen gefährlichen Erscheinungen dadurch beikommen zu können, dass man das Verhältnis von Länge zum Durchmesser des Lagers verkleinert oder das Lager selbst ein stellbar macht. Die Verkürzung des Lagers ist nur innerhalb gewisser Grenzen möglich, während die Einstellbarkeit eine verwickelte Bauform erfordert und unter manchen Be triebsverhältnissen überhaupt nicht anwend bar ist.
In solchen Fällen hat man sich eine Verbesserung der Verhältnisse dadurch ver sprochen, dass man dem Lagergehäuse durch Verringerung der Wandstärke eine gewisse Elastizität gab und durch einen kräftig ge haltenen Randwulst glaubte die Quer- schnittsform des Lagers sichern zu können. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass dieser Weg ebenfalls nicht völlig befriedigt, vor allem deshalb, weil erfahrungsgemäss Verformun gen eintreten, die gerade erst gefährlich werden.
Die Erfindung löst die Aufgabe, die sich durch das Auftreten der Kantenpressungen ergibt, auf einem neuartigen Wege, nämlich dadurch, dass die Lagergehäusewand beider seits der Wandverstärkung mindestens eine Zone aufweist, die so dünn ist, dass bei Be triebstemperatur die Lagerbuchse durch ihre Wärmedehnungskräfte das Lagergehäuse in den dünnwandigen Zonen elastisch verformt.
In beiliegender Zeichnung sind beispiels weise Ausführungsformen des Erfindungs gegenstandes dargestellt.
Nach Fig. 1 ist die Lagerbuchse ss, deren Wärmedehnungszahl grösser ist als die des Gehäuses G, in letzteren eingesetzt, das im Grundaufbau eine Art dicke Mittelrippe mit sich sehr stark verjüngenden Hohlzylinder körpern darstellt. Diese Hohlzylinderkörper weisen an ihren Enden keinerlei Verdickun gen, Rippen, Randwülste oder dergl. auf, so dass, wenn jetzt eine Durchbiegung des Wellenzapfens um den Betrag f (Fig. 2) stattfindet, das Lager sich unter dem Ein fluss der Wärmedehnungskraft der Buchse verformen oder gewissermassen "aufblühen" kann, so dass es sich der Durchbiegung der Welle weitestgehend anpasst, ohne dass Kräfte auftreten, die den Werkstoff ge fährden können.
Da eine Buchse mit hoher Wärme dehnungsziffer durch ein Lagergehäuse mit niedriger Wärmedehnungsziffer in ihrer Wärmedehnung stark gehindert ist, kann unter Umständen ein Überschreiten der Quetschgrenze des Buchsenwerkstoffes durch die behinderte Wärmedehnung der Buchse eintreten, so dass die Buchse bleibend ge staucht wird und eine Lockerung der erkal teten Buchse im Lagergehäuse eintritt. Dieser Vorgang wäre naturgemäss auch bei einem Lager nach den Fig. 1 und 2 möglich, da die dicke Mittelrippe der Verformung der Buchse einen erheblichen Widerstand entgegensetzt.
Praktisch wäre das jedoch unerheblich, denn wenn das Lager erkaltet und sich der Bau stoff in der Zone der Mittelrippe tatsächlich bleibend verformt haben sollte, so dass sich die Buchse vom Gehäuse löst, so ist doch die Spannung zwischen dem erkalteten Gehäuse und den Endzonen der Buchse so gross, dass die Buchse sich nicht lockern kann. Will man in dieser Beziehung noch einen Schritt wei tergehen, so kann man die in Fig. 3 dar gestellte Massnahme treffen, das heisst man kann in der Zone M von vornherein einen etwas kleineren Durchmesser der Lager buchse anwenden, so dass ein Anliegen zwi schen Buchse und Gehäuse in dieser Zone erst im Betriebszustand vorhanden ist.
Es ist selbstverständlich nicht erforder lich, dass Buchse und Gehäuse mit einander abschneiden, sondern es ist auch eine Bau form entsprechend Fig. 6 möglich, bei der die Buchse mit den Enden E über das Gehäuse hinausragt.
Nach Fig. 4 und 5 weist das Lager gehäuse zwei verstärke Ringzonen G auf, die den wärmenachgiebigen Teil des Gehäuses in die drei Zonen Z, ZZ, Z3 unterteilen. Ein derartiges Lager nimmt den in der Fig. 5 dargestellten Betriebszustand an. Der Vorteil hierbei liegt darin, dass die Druckspitze im Ölfilm in der Lagermitte abgebaut wird, so dass die gesamte Lagerfläche gleichmässiger zur Übertragung der Belastung ausgenutzt wird.
Die Erfindung gilt in gleicher Weise für Lager mit umlaufendem Zapfen, wie für Lager mit hin- und hergehenden Stangen; ebenso ist die Erfindung in gleicher Weise bei ungeteilten wie bei geteilten Lagern an wendbar.
Das beschriebene Gleitlager führt zu wertvollen Ausblicken vor allem dann, wenn als Baustoff für die Lagerbuchse ein Metall mit niedrigliegender Quetschgrenze verwen det wird. Bei einem derartigen Metall würde unter Verwendung der sonst üblichen Bau form bei der auftretenden Erwärmung eine erhebliche Materialbeanspruchung eintreten, die über das Gebiet der elastischen Verfor mung hinaus in das Gebiet der plastischen Verformung kommt. Kühlt sich das Lager infolge Betriebsunterbrechung dann wieder ab, so hat die Lagerbuchse jetzt infolge der bleibenden Verformung einen geringeren Aussendurchmesser als das Lagergehäuse, das heisst die Buchse ist lose geworden.
Gerade das ist aber bekanntlich sehr gefährlich. Wenn man jedoch die Wandstärke des Ge häuses mindestens an den Enden nur so gross wählt, dass bei der infolge Lagererwärmung auftretenden Verformung von Buchse und Gehäuse die zwischen beiden entstehenden Verformungskräfte unterhalb dem für eine plastische Verformung der Buchse notwen digen Mass bleiben, so ist der feste Sitz der Lagerbuchse sowohl im kalten wie im Be triebszustand gewährleistet.
Sowohl dann, wenn es sieh darum han delt, Kantenpressungen dadurch zu mildern, dass man der Buchse die Möglichkeit gibt, sich entsprechend zu verformen, wie auch dann, wenn es sich darum handelt, bei einem Lagermaterial grosser Wärmeausdehnungs zahl bleibende Verformungen zu vermeiden, lassen sich die jeweils erforderlichen Wand stärken von Buchse und Gehäuse aus be kannten Gleichungen der Festigkeitslehre ermitteln. So gilt z. B. für den Fall, dass die Durchbiegung der Welle berücksichtigt wer den soll, folgende Gleichung:
EMI0003.0002
Hierin bedeuten SG und SB = Wandstärken von Gehäuse und Buchse, EG und EB = Ela- stizitäts-Modul des Werkstoffes von Gehäuse bezw.
Buchse, d = Aussendurchmesser der Buchse, f = Wellendurchbiegung von der Lagerkante,<I>da</I> = Unterschied der Wärme dehnungsziffern, At = Temperaturänderung des Lagers.
Bearings. The present invention relates to a plain bearing with a bearing bush whose coefficient of thermal expansion is greater than that of the bearing housing into which the bushing is inserted immediately, the bearing housing having a wall reinforcement at least at one point (for example a rib).
The plain bearing is calculated and dimensioned on the assumption that the journal running in the bearing has the shape of a straight rod, so that the same operating conditions arise at all points of the bearing bush due to the same pressures. In reality, this requirement is not met, since inaccuracies in the assembly and above all as a result of deflection of the pin under the operating load from deviations in the mutual position of the pin and shaft arise. Dangerous edge pressures occur here, which can exceed the strength values of the material of the bearing bush and then lead to bearing destruction.
It was believed that these dangerous phenomena could be dealt with by reducing the ratio of length to diameter of the bearing or by making the bearing itself adjustable. The shortening of the camp is only possible within certain limits, while the adjustability requires an intricate design and under some operating conditions is not applicable at all.
In such cases, an improvement in conditions was promised by giving the bearing housing a certain elasticity by reducing the wall thickness and believing that the cross-sectional shape of the bearing could be safeguarded by a strong edge bead. However, experience shows that this route is also not completely satisfactory, mainly because experience has shown that deformations occur that are only just becoming dangerous.
The invention solves the problem resulting from the occurrence of edge pressures in a new way, namely in that the bearing housing wall on both sides of the wall reinforcement has at least one zone that is so thin that at operating temperature the bearing bushing due to its thermal expansion forces Bearing housing elastically deformed in the thin-walled zones.
In the accompanying drawings, exemplary embodiments of the subject invention are shown.
According to Fig. 1, the bearing bush SS, the coefficient of thermal expansion is greater than that of the housing G, used in the latter, which in the basic structure is a kind of thick central rib with very strongly tapered hollow cylinder bodies. These hollow cylinder bodies have no thickenings, ribs, edge beads or the like at their ends, so that if the shaft journal is now bent by the amount f (Fig. 2), the bearing is deformed under the influence of the thermal expansion force of the socket or can "bloom" to a certain extent, so that it adapts to the deflection of the shaft as far as possible without forces occurring that could endanger the material.
Since a bushing with a high coefficient of thermal expansion is greatly hindered in its thermal expansion by a bearing housing with a low coefficient of thermal expansion, the crush limit of the bushing material may be exceeded by the hindered thermal expansion of the bushing, so that the bushing is permanently compressed and the calculus is loosened the bushing enters the bearing housing. This process would naturally also be possible with a bearing according to FIGS. 1 and 2, since the thick central rib offers considerable resistance to the deformation of the bushing.
In practice, however, this would be irrelevant, because if the bearing had cooled down and the building material in the zone of the central rib should actually have been permanently deformed so that the socket would detach from the housing, the tension would be between the cooled housing and the end zones of the socket so large that the socket cannot loosen. If you want to go one step further in this regard, you can take the measure presented in Fig. 3, that is, you can use a slightly smaller diameter of the bearing bushing in zone M from the start, so that a concern between bushing's rule and the housing in this zone is only present in the operating state.
It is of course not required that the socket and housing cut off with each other, but it is also a construction form according to FIG. 6 possible, in which the socket protrudes with the ends E beyond the housing.
According to Fig. 4 and 5, the bearing housing has two reinforced ring zones G, which divide the thermally flexible part of the housing into the three zones Z, ZZ, Z3. Such a bearing assumes the operating state shown in FIG. The advantage here is that the pressure peak in the oil film in the middle of the bearing is reduced, so that the entire bearing surface is used more evenly to transfer the load.
The invention applies in the same way to bearings with a rotating journal as to bearings with reciprocating rods; likewise, the invention is applicable in the same way to undivided as to divided bearings.
The plain bearing described leads to valuable views, especially when a metal with a low crushing limit is used as the building material for the bearing bush. In the case of such a metal, using the otherwise customary construction form when the heating occurs, considerable material stress would occur, which comes beyond the area of elastic deformation into the area of plastic deformation. If the bearing then cools down again as a result of an interruption in operation, the bearing bush now has a smaller outer diameter than the bearing housing as a result of the permanent deformation, i.e. the bush has become loose.
But that is precisely what is known to be very dangerous. However, if you choose the wall thickness of the housing at least at the ends only so large that the deformation of the bushing and housing that occurs between the two deformation forces below the amount necessary for plastic deformation of the bushing is the fixed one Seat of the bearing bush guaranteed in both cold and operating conditions.
Both when it comes to mitigating edge pressures by giving the socket the opportunity to deform accordingly, as well as when it is a matter of avoiding permanent deformations in a bearing material with a high thermal expansion number determine the required wall thicknesses of the bushing and housing from known strength equations. So z. B. for the case that the deflection of the shaft is to be taken into account, the following equation:
EMI0003.0002
Here SG and SB = wall thicknesses of the housing and socket, EG and EB = elasticity module of the material of the housing and / or.
Bushing, d = outer diameter of the bushing, f = shaft deflection from the bearing edge, <I> da </I> = difference in thermal expansion coefficients, At = temperature change of the bearing.