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Berechnung der dynamischen Lagerbelastungen

Die auf die Lager wirkenden Belastungen lassen sich nach den Gesetzen der Mechanik berechnen, wenn die äußeren Kräfte (z.B. Kräfte aus der Leistungsübertragung, Arbeitskräfte oder Massenkräfte) bekannt sind oder rechnerisch ermittelt werden können. Bei der Berechnung der Belastungskomponenten für ein Einzellager wird die Welle als Träger mit starren, momentfreien Auflagen betrachtet, um die Berechnung zu vereinfachen. Elastische Verformungen im Lager, im Gehäuse oder im Maschinenrahmen werden nicht berücksichtigt, ebenso nicht die Momente, die in dem Lager aufgrund der Wellendurchbiegung entstehen.
Diese Vereinfachungen sind notwendig, wenn eine Lageranordnung mit den allgemein verfügbaren Hilfsmitteln, beispielsweise einem Taschenrechner, berechnet werden soll. Die genormten Verfahren zur Berechnung der Tragzahlen und der äquivalente Lagerbelastungen basieren auf ähnlichen Annahmen.
Es ist zwar möglich, die Lagerbelastungen unter Berücksichtigung des Elastizitätsmoduls ohne die oben vorgenommenen Vereinfachungen zu berechnen, allerdings sind dafür komplexere Computerprogramme erforderlich. In diesen Programmen werden die Lager, die Welle und das Gehäuse als elastische Komponenten eines Systems betrachtet.
Externe Kräfte, beispielsweise durch das Eigengewicht der Welle und die Komponenten, die die Welle trägt, oder durch das Gewicht eines Fahrzeugs, und die anderen Massekräfte sind entweder bekannt oder können berechnet werden. Bei der Bestimmung der Arbeitskräfte (beispielsweise der Walzkräfte, der Schneidkräfte in Werkzeugmaschinen usw.), der Stoßkräfte und zusätzlichen dynamischen Kräfte, beispielsweise durch einer Unwucht, ist es oft notwendig, sich auf Erfahrungswerte mit ähnlichen Maschinen oder Lageranordnungen zu verlassen.

Getriebe

Bei Getrieben können die theoretischen Zahnkräfte aus der übertragenen Leistung und den Konstruktionsmerkmalen der Zahnradzähne berechnet werden. Es sind jedoch noch weitere dynamische Kräfte zu berücksichtigen, die entweder im Getriebe selbst entstehen oder durch die Antriebs- bzw. Abtriebswelle verursacht werden. Weitere dynamische Kräfte in Zahnradgetrieben entstehen durch Formfehler der Zahnradzähne und nicht ausgewuchtete rotierende Komponenten. Da Zahnradgetriebe leise laufen sollen, werden die Zahnräder mit hoher Genauigkeit gefertigt, sodass diese Kräfte im Allgemeinen so klein sind, dass sie bei Lagerberechnungen vernachlässigt werden können.
Zusätzliche Kräfte durch die Art und Weise des Betriebs der Maschinen, die an dem Getriebe angeschlossen sind, können nur ermittelt werden, wenn die Betriebsbedingungen bekannt sind. Der Einfluss auf die nominelle Lebensdauer der Lager ist der so genannte "Betriebsbeiwert", der Stoßbelastungen und den Wirkungsgrad des Getriebes berücksichtigt. Werte für diesen Beiwert für die verschiedenen Betriebsbedingungen werden in der Regel vom Getriebehersteller mitgeteilt.

Riemenantriebe

Bei Riemenantrieben muss die effektive Umfangskraft des Riementriebs berücksichtigt werden, die von dem übertragenen Drehmoment abhängt, wenn die Lagerbelastungen berechnet werden. Die Umfangskraft ist mit einem Beiwert zu multiplizieren, der abhängig ist vom Riementyp, seiner Vorspannung und weiteren dynamischen Kräften. Die Riemenhersteller veröffentlichen in der Regel ihre Werte. Fehlen entsprechende Angaben, kann mit den folgenden Beiwerten gerechnet werden:
Zahnriemen1,1 bis 1,3
Keilriemen1,2 bis 2,5
Flachriemen1,5 bis 4,5

Die größeren Werte beziehen sich auf einen kurzen Abstand zwischen den Wellen, auf Einsatzbereiche mit Stoßbelastungen oder hohen Belastungen sowie hoher Riemenspannung.
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