Grundlagen von Gleitlagern

Von Mike Santora | 5. September 2017

Gleitlager sind zylindrische Hülsen, die leichte bis mittlere radiale Belastungen aufnehmen. Sie gleiten radial oder axial über Wellen, um eine Dreh- oder Linearbewegung (oder manchmal beides) dieser Lasten zu ermöglichen. Gleitlager aller Art sind kompakt und leicht und weisen ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf. Gleitlager haben keine beweglichen Teile wie Wälzlager, sodass Fehlerquellen minimiert werden. Sie sind auch für ziemlich robuste Anwendungen kostengünstig. Gängige Varianten sind Metallgleitlager (die ihre Lasten häufig auf einem hydrodynamischen oder vollständigen Schmierfilm abstützen) und selbstschmierende Kunststofflager in einer Reihe von Geometrien für Buchsen-, Drucklager- und Integralschlittenanwendungen.

Wellenoberflächen für die Verbindung mit Gleitlagern sollten nicht zu glatt oder rau sein.

Die Bewertungen von Gleitlagern basieren teilweise auf Testergebnissen und dem Materialelastizitätsmodul, der Biegefestigkeit, der Shore-D-Härte, der maximalen Oberflächenpressung und Laufgeschwindigkeit, der Rotation und der maximalen Belastbarkeit – wobei letztere mit der Materialkompression des Gleitlagers zusammenhängt Grenze. (Denken Sie daran, dass die Druckgrenze der Punkt ist, an dem eine bleibende Verformung von 0,2 % auftritt.)

Darüber hinaus drückt ein Druck-Geschwindigkeitswert (PV) die Belastbarkeit des Gleitlagers aus – normalerweise in psi mal der Wellendrehzahl. Beachten Sie jedoch, dass PV-Werte nur eine Hilfe bei der Bestimmung der Gesamtbelastbarkeit eines Gleitlagers sind – insbesondere, wenn PV-Ausdrücke Ingenieure zu der Annahme verleiten könnten, dass ein Gleitlager übermäßig hohe Belastungen aushalten kann, wenn die Drehzahl sehr niedrig ist. Mit anderen Worten: Die Verwendung von PV-Werten erfordert die gleichzeitige Berücksichtigung realer Geschwindigkeits- und Lastgrenzen.

Wie bereits erwähnt, bestehen Gleitlager aus vielen Graphit-, Bronze- und Kunststoffmaterialien, darunter PTFE, Nylon und Polyacetal. Materialverbesserungen haben dazu geführt, dass Kunststoffgleitlager auch in anspruchsvollen Bewegungsanwendungen immer häufiger zum Einsatz kommen.

Wellenmaterial und Gleitlagerverschleiß

Die Wellen, auf denen Gleitlager laufen, haben erheblichen Einfluss auf die Leistung und Lebensdauer der Gleitlager. Eine gängige Option ist kaltgewalzter Kohlenstoffstahl. Dieses Wellenmaterial bietet eine geeignete Gegenlauffläche für Gleitlager aus Polymeren. Wellenoberflächen aus Keramik führen zu höherem Verschleiß, werden jedoch manchmal aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Umgebungsbedingungen ausgewählt. Obwohl Aluminiumwellen leicht und einfach zu bearbeiten sind, führen sie auch zu einem beschleunigten Gleitlagerverschleiß. Der Aluminiumschaft aus eloxiertem Aluminium verbessert die Montageleistung geringfügig.

Unkontrollierte statische Entladungen können elektronische Komponenten negativ beeinflussen, Produktionsprozesse behindern oder sogar zur Brandgefahr beitragen. Jetzt bieten selbstschmierende Glide F2 EDS-Lager von igus elektrostatische Entladungseigenschaften (ESD) für solche Anwendungen. Sein niedriger Oberflächenwiderstand (103 und 109 Ω je nach Komponentengeometrie) reduziert den Ladespannungspegel und unterstützt die Aufladung.

Tatsächlich sollten Wellenoberflächen für die Verbindung mit Gleitlagern nicht zu glatt oder rau sein. Zu glatte Oberflächen führen zu Schwankungen der Stick-Slip-Haftung und damit zu einem höheren Reibungswiderstand bei der Lagerbewegung. Eine größere Ungleichheit zwischen dynamischer und statischer Reibung führt zu schnellerem Lagerverschleiß und ruckartigerer Bewegung. Im Gegensatz dazu führen zu raue Wellenoberflächen schnell zum Abrieb von Gleitlagern. Tatsächlich können die durch Wellen-Lager-Schnittstellen verursachten Verschleißraten um das Hundertfache variieren. Einige Hersteller empfehlen Wellenoberflächenbearbeitungen mit einem Effektivwert von 64 für Präzisionsanwendungen, die eine geringe Reibung erfordern. Eine glattere Welle mit einer Rauheit von etwa 20 RMS ist besser geeignet, wenn eine lange Lebensdauer des Gleitlagers ein Konstruktionsziel ist.

Denken Sie daran, dass der Effektivwert der Oberflächenrauheit aus Messungen der mikroskopischen Spitzen und Täler einer Oberfläche abgeleitet wird. Ra ist ein alternatives Maß, das in der Industrie teilweise zur Quantifizierung der Rauheit verwendet wird – in diesem Fall als durchschnittliche Rauheit der Spitzen und Täler einer Oberfläche. Die beiden Maße drücken also die gleiche Qualität aus, nur in unterschiedlichen Formaten. Beachten Sie, dass große und außenliegende Spitzen oder Fehler auf einer Wellenoberfläche den RMS-Wert stärker beeinflussen als den entsprechenden Ra-Wert.