untersuchung des einlaufverschleißverhaltens von
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Untersuchung des Einlaufverschleißverhaltens von
Rollenketten unter besonderer Berücksichtigung
der Buchse-Lasche-Preßverbindung
Vom Fachbereich Maschinenbau
an der Technischen Hochschule Darmstadt
zur
Erlangung des Grades eines
Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)
genehmi gte
D i s s e r t a t i o n
vorgelegt von
Dipl.-Ing. Hansgeorg Binz
aus
Si nzheim
Beri chterstatter:
Mitberichterstatter:
Tag der Ei nrei chung:
Tag der mündlichen Prüfung:
Prof. Dr.-Ing. W. Raab
Prof. Dr.-Ing. K. H. Kloos
22. März 1985
30. Oktober 1985
Darmstadt 1985
D 17
I
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der verwendeten Kurzzeichen IV
Zusammenfassung IX
1 Einleitung 1
2 Al 1gemeines zu Rol1enketten 3
2.1 Aufbau einer Rollenkette 3
2.2 Versagenskriterien von Rollenkettentrieben 4
2.3 Auslegung von Rollenkettentrieben 7
3 Allgemeines zu Reibung und Verschleiß 10
3.1 Begriffsdefinitionen 10
3.2 Tribologisches System und Systemanalyse 11
3.3 Beschreibung der WerkstoffOberfläche 12
3.3.1 Mikrogeometrie der Oberfläche 13
3.3.2 Schichtaufbau der Oberfläche 14
3.4 Beschreibung der Kontaktfläche 15
3.5 Betrachtungen zur Reibung 17 3.5.1 Reibungstheorien 17 3.5.2 Reibungsarten und Reibungszustände 18 3.5.3 Meß- und Beschreibungsgrößen der Reibung 19
3.6 Betrachtungen zum Verschleiß 20 3.6.1 Verschleißarten und Verschleißmechanismen 21 3.6.2 Meß- und Beschreibungsgrößen des Verschleißes 22 3.6.3 Zeitlicher Verlauf eines Verschleißprozesses 23
3.7 Verschleißberechnungsverfahren 25 3.7.1 Verschleißberechnung nach Kragelski 25 3.7.2 Verschleißberechnung nach Fleischer 26
4 Verschleiß an Rollenketten 28
4.1 Analyse des Tribosystems Rollenkettengelenk 28 4.1.1 Kennzeichnung der technischen Funktion des
Tribosystems 28 4.1.2 Angabe des Beanpruchungskollektivs 28 4.1.3 Kennzeichnung der Struktur des Tribosystems 32 4.1.4 Angabe von Verschleißkenngrößen 35
4.2 Verschleißbeeinflussende Kettentriebparameter 37 4.2.1 Beschreibung der verschleißbeeinflussenden
Kettentriebparameter 37
II
4.2.2 Abhängigkeiten zwischen den verschleißbeeinflussenden Kettentriebparametern 40
4.3 Der Anfangsverschleiß 43 4.3.1 Ursachen des Anfangsverschleißes 43 4.3.2 Bisher angewendete Maßnahmen zur Verminderung
des Anfangsverschleißes von Rollenketten 45 4.3.3 Neue Maßnahme zur Verminderung des Anfangsver
schleißes von Rollenketten 46
5 Präzisierung der Aufgabenstellung 48
5.1 Ziel der Arbeit 48
5.2 Festlegung des Versuchskonzepts 49
6 Theoretische Untersuchungen 51
6.1 Grundlagen der theoretischen Untersuchungen 51 6.1.1 Berechnungsmodell zur Ermittlung des
Anfangsverschleißes 51 6.1.2 Weitere Vorgehensweise 55 6.1.3 Geometrische Größen der Kettenbauteile 56 6.1.4 Werkstoffdaten der Kettenbauteile 57
6.2 Berechnung der verformten Buchseninnenkontur 60 6.2.1 Vorgehensweise zur Verformungsberechnung 60 6.2.2 Vergleich der Verformungs- und Spannungsberechnung
nach DIN 7190 und der Finite-Elemente-Methode am ebenen Preßverbindungsmodell 61
6.2.2.1 Preßverbindung nach DIN 7190 61 6.2.2.2 Ebenes Buchse-Lasche-Preßverbindungsmodel1 64 6.2.2.3 Ebenes Buchse-Lasche-Preßverbindungsmodel1
mit Berücksichtigung des Buchsenspalts 66 6.2.2.4 Zusammenfassung zum ebenen Preßverbindungsmodell . 75 6.2.3 Theoretische Ermittlung der Radial Verformungen
über der Buchsenlänge 76 6.2.3.1 Ermittlung der Radial Verformungen mit der
Schalentheorie 76 6.2.3.2 Ermittlung der Radialverformungen mit der
Finite-Elemente-Methode 83 6.2.3.3 Einfluß des Plastizierens auf die Radial
verformungen 87 6.2.4 Zusätzliche Einflüsse auf die Buchsenverformungen .. 92 6.2.4.1 Einfluß der Oberfläche des Laschenlochs 92 6.2.4.2 Einfluß des Buchsenkantenradius 93 6.2.4.3 Einfluß des "Kugeins" 98 6.2.4.4 Einfluß der Betriebskräfte 99 6.2.5 Zusammenfassung des Berechnungsgangs'und Ermittlung
der Buchsenverformungen für verschiedene Überdeckungsvarianten 102
6.3 Berechnung des zeitlichen Anfangsverschleiß-Verlaufs 105 6.3.1 Vorgehensweise zur Verschleißberechnung 105 6.3.2 Berechnung des Verschleißvolumens in
Abhängigkeit vom bezogenen Verschleißbetrag 105
Ill
6.3.3 Berechnung des bezogenen Verschleißbetrags in Abhängigkeit von der Zeit (Verschleißkennlinie) ... 112
6.3.3.1 Diskussion der Verschleißgeschwindigkeits-Berechnung aus allgemeinen Verschleißberechnungsverfahren 113
6.3.3.2 Diskussion der Verschleißgeschwindigkeits-Berechnung aus Kettengebrauchsdauer-Berechnungsverfahren 114
6.3.3.3 Verschleißgeschwindigkeits-Berechnung mit empirischen Werten 118
6.3.4 Berechnung des Anfangsverschleiß-Verlaufs für verschiedene Überdeckungsvarianten 119
6.4 Berechnung der Buchsenausdrückkräfte 121 6.4.1 Theoretische Ermittlung der Buchsenausdrückkräfte . 121 6.4.2 Berechnung der Buchsenausdrückkräfte für
verschiedene Überdeckungsvarianten 122
7 Experimentelle Untersuchungen 124
7.1 Versuchseinrichtungen und Versuchsdurchführung 124 7.1.1 Vermessung der Buchseninnenkontur 124 7.1.2 Verschleißversuche 128 7.1.2.1 Prüfstandskonzept 128 7.1.2.2 Kettenprüfstand 131 7.1.2.3 Kettenlängen-Meßeinrichtung 133 7.1.2.4 Durchführung der Verschleißversuche 135 7.1.2.5 Messung des Kettenverschleißes 139 7.1.3 Messung der Buchsenausdrückkräfte 141 7.1.4 Dauerschwingversuche 142
7.2 Versuchsergebnisse und deren Diskussion 144 7.2.1 Ergebnisse der Buchseninnenkonturmessungen 144 7.2.2 Ergebnisdiskussion der Buchseninnenkonturmessungen 147 7.2.3 Ergebnisse der Verschleißversuche 153 7.2.4 Ergebnisdiskussion der Verschleißversuche 156 7.2.4.1 Vergleich theoretisch und experimentell
ermittelter Verschleißkennlinien 156 7.2.4.2 Einfluß des Einlaufverschleißverhaltens auf den
erforderlichen Wartungsaufwand von Rollenkettentrieben 160
7.2.5 Ergebnisse der Buchsenausdrückkraftversuche 163 7.2.6 Ergebnisdiskussion der Buchsenausdrückkraft
versuche 164 7.2.7 Ergebnisse der Dauerschwingversuche 165 7.2.8 Ergebnisdiskussion der Dauerschwingversuche 170
8 Schlußbetrachtung 174
Literaturverzeichnis 177
Anhang Al Definition der Cj(z)-Werte 183
Anhang A2 Ergebnisse der Verschleißversuche 185
Anhang A3 Ergebnisse der Dauerschwingversuche 190