Gleitlager-Ermüdung Teilvorhaben: Erstellung eines Berechnungsverfahrens für die Spannungen

Zusammenfassung

Für die Grund- und Pleuellager von Verbrennungsmotoren werden überwiegend ölgeschmierte Mehrschicht-Gleitlager eingesetzt, die instationär belastet sind. In den Lagermetallschichten treten daher zeitlich und örtlich veränderliche Spannungen auf, die beim überschreiten der entsprechenden Werkstoffkennwerte zu Ermüdungsrissen und in der Folge davon zum Versagen des Lagers führen.

Das Vorhaben war der rechnerischen Ermittlung dieser Spannungen gewidmet. Um die Rechenzeit für das Computer-Programm in noch vertretbaren Grenzen zu halten, mußten hinsichtlich des Rechenmodells gewisse Vereinfachungen getroffen werden. Das Lager mit seiner Umgebung wird als hohler Kreiszylinder betrachtet. Unter der Annahme eines ebenen Spannungszustandes werden die Spannungen und Verschiebungen aus den Gleichungen der Elastizitätstheorie für beliebige, auf der inneren und äußeren Kreisringfläche wirkende Normal- und Schubspannungen bzw. für beliebig vorgegebene Verschiebungen analytisch über Fourieransätze bestimmt. Die Lösung wird mit dem hier entwickelten Verfahren zur Berechnung der Verlagerungsbahn des Zapfenmittelpunktes und der hydrodynamischen Druckverteilung bei instationärer Belastung gekoppelt: ausgehend von der hydrodynamischen Druckverteilung im unverformten Lager wird iterativ die Verformung und die zugehörige Druckverteilung und schließlich der Spannungszustand im homogenen bzw. geschichteten Gleitlager bestimmt. Für einige ausgewählte Beispiele werden die Rechenergebnisse dargestellt. Es zeigt sich, daß die hydrodynamische Druckverteilung durch die Lagerverformung z.T. erheblich beeinflußt wird. Die für die Werkstoffermüdung ausschlaggebende Tangentialspannung wird bei vorgegebenem Lagerlastverlauf wesentlich durch die Randbedingungen bestimmt.