Belastungen eines Kugellagers

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Moin

Gibt es Kenngrößen von Kugellagern (DIN 625-6208) die angeben wieviel Belastungen sie in Richtung der Drehachse aufnehmen können? Also Belastungen wie z.B.: Eine Welle senkrecht nach unten im Kugellager aufgehangen und mit einer Kraft von ungefähr 500N nach unten belastet; befestigt durch einfaches Lagern der Welle/Bolzens auf dem innerem Kreis des Kugellagers.
Hoffe ihr versteht was ich meine …? Es ist eine recht primitive Art eine Masse um ihre Hochachse drehbar aufzuhängen. [Für andere Vorschläge dazu wäre ich dankbar… :smile:]
Ich finde in den Tab.-Büchern keine Kenngrößen dafür.

Noch was:

Ich brauch eine Kenngröße von genormten Schrauben/Bolzen die die Scherfestigkeit angibt. Auch hier steht in den Tab.-Büchern nichts, nur die Festigkeitsklassen mit Rm, Re und Bruchdehnung, aber nichts über die Scherfestigkeit. Ich hab ausgerechnet wie groß die Scherkraft ist die in meinem Bauteil auftritt, aber jetzt weiss ich nicht welcher Durchmesser das aufnehmen kann.
Kann man die nicht über die Streckgrenze irgendwie „ableiten“?

Thx

Jim

#2

Hallo Jim,

da Du keine Aussage über die Betriebsdrehzahl und die radiale Belastung gemacht hast, nehme ich an, dass es sich um eine dynamische
Belastungsart handelt, hier ist der Rechengang wie folgt :
(Definition : statische Bel. gilt bis ca 10 U/min, darüber dynamisch)
Diese Kenngrösse welche Du suchst gibt es nicht. Ob dieses Lager die
achsiale Kraft von 500 N ohne Schaden aufnehmen kann musst Du mit der dynamisch äquivalenten Lagerbelastung P errechnen. Die Gleichung lautet wie folgt : P= X * Fr + Y * Fa wobei FR=radiale Lagerkraft,
Fa= achsiale Lagerkraft ; X=Radialfaktor, Y=Axialfaktor ; X und Y
entweder aus Wälzlagerkatalog, oder aus einem Tabellenteil eines
Maschinenelemente Buches.

( wenn Du mir die Drehzahl, Lagerkräfte, Temperatur nennst, rechne ich es schnell mal durch ).

Zu Abschnitt Schrauben/Bolzen :

bitte verwende keine Schrauben als Abscherstifte, dies ist auf keinen Fall im Sinne des Maschinenbaues. Dafür gibt es das Maschinenelement
" Bolzen und Stiftverbindungen ".
Die klassische Bolzenverbindung, wenn z.B. ein Bolzen eine Gabel mit einer Stange verbindet, ist immer auf : 1. Max. Biegemoment des Bolzens, 2. grösste Schubspannung, 3. grösste Flächenpressung bezogen auf den schwächsten Werkstoff der Verbindung zu berechnen.
In Deinem Fall als reiner Scherstift reichen Punkt 2. ünd 3.

Zu 2. grösste Schubspannung :
Ein gängiger Werkstoff für Stifte ist 9SMnPb28 mit Rm=510 N/mm²
wobei die zul. Schub-Spannung wie folgt zu berücksichtigen ist :
0,2*Rm bei ruhender, 0,15*Rm bei schwellender, und 0,1*Rm bei
wechselnder Belastung.

Zu 3. Grösste Flächenpressung :
es gilt Rm des schwächsten Werkstoffes Bolzen oder Platten :
0,35*Rm bei ruhender, und 0,25 bei schwellender Belastung.

Wenn Du noch fragen hast melde Dich,

Gruss Wolfgang

#3

Moin

Ich glaub ich muss etwas mehr auf meine Konstruktion eingehen, weil deine Beschreibung etwas zu allg. ist.
Meiner einer ist zwar Maschinenbaustudent, aber nur 1.Semester. :smile:

Zum ersten hab ich eine Änderung und zwar wird die Masse nicht mehr gehangen sondern steht auf dem Lager.
Das ganze soll eine Konstruktion werden auf der ein Fernseher auf Schwerlast-Vollauszügen ausfahrbar und gleichzeitg um 90 Grad drehbar gelagert ist.

Mein Problem war erstens, dass die Vollauszüge mit Schrauben befestigt werden und diese folglich die Last des Fernsehers aufnehmen und sich daraus eine Scherkraft auf die Schrauben ergibt. Durch den Hebelarm des Vollauszuges im ausgefahrenen Zustand wird diese noch erhöht. Die vorgesehenen Löcher in den Vollauszügen sind aber nur 4mm im Durchmesser; das erscheint mir etwas wenig im Bezug auf die sich ergebenden Kräfte, trotz der Verteilung auf mind. 8 Schrauben. Nun bräuchte ich eine Kennzahl der Scherfestigkeit von Schrauben, oder Bolzen. Letztere sind aber schwieriger zu befestigen, weil ein „seitlicher Ausbruch“ der Vollauszüge nicht mehr verhindert wird. Zumal die Löcher in den Vollauszügen eindeutig für Schrauben gedacht sind; erkennbar durch Senkungen für Senkschrauben im Material, ergo müssen auch Schrauben dafür geeignet sein.

Das andere Problem ist die Drehung um die Hochachse. Dafür wollte ich Kugellager verwenden um eine leichtgängige Drehung zu ermöglichen. Gedacht war es so, dass die Last des Fernsehers auf dem Innern oder Äußeren Ring ruht und die Gegenkraft auf dem Lager des Vollauszuges und sich dadurch eine Axialkraft indem Kugellager ergibt. Soweit ich weiss nehmen Kugellager Radialkräfte auf, z.B. im dynamischen Bereich bei sich drehenden Wellen. Hier aber wären es eben statische Axialkräfte und ich wollte wissen inwiefern die Lager dies aushalten bzw. ob die Funktion des Lagers, d.h. eine leichtgängige Drehung, beeinträchtigt wird.
Mir fällt keine andere konstruktive Lösung für diese Gegebenheiten ein als eben ein Kugellager, zumal solche vorhanden sind; zwar nur mit ca. 30mm Aussendurchmesser, aber es sollte trotzdem irgendwie seinen Zweck erfüllen.

Für Gegenvorschläge diesbzgl. bin ich offen und dankbar …

Als Anmerkung:
Das ganze Projekt steht unter der Überschrift „So einfach und billig wie möglich“, d.h. ich könnte sehr wohl in den Eisenwarenhandel gehen, 100 Euro auf den Tisch legen und das ganze fachgerecht bauen! Nur soll das ganze eben bloss seinen Zweck erfüllen, egal wie; Stichwort: „Improvisation“!

Thx

Jim

#4

Hallo Jim,

nochmal, es gibt keine Kennwerte für Schrauben im Maschinenbau was die Scherfestigkeit angeht. Du solltest die Anzahl Schrauben, und die Schraubengrösse so wählen, dass die von den Schrauben erzeugte Klemmkraft so gross ist, dass die Platten (Teile) durch Reibschluss
gehalten werden, und die Schraube nicht als Scherbolzen herhalten soll. Du musst also die Schraubenverbindung als " Querkraft- verbindung " berechnen. Wenn Du ausreichend Platz zur Verfügung hast so wähle die Schraubengrösse klein, nimm aber dafür mehr Schrauben mit kleinem Abstand von Schraube zu Schraube damit der Überdeckungs- grad der Druckkegel ausreichend ist. Damit entfallen die Scherbolzen.
( Prinzip : Sport-Alu-Felge beim PKW, dort siehst Du aussen ca. 26 - 32 Stück M6-Inbusschrauben relativ nahe beieinander,(je nach Fabrikat) man könnte dies auch mit 8 Stück M10, oder 6 Stück M12 Schrauben bewerkstelligen, aber Abstände ( Überdeckungsgrad) zu gross.

Ausser Du willst Stahlbauschrauben, (Scher-Lochleibungs-Verbindungen)
(SL-Verbindungen) verwenden,(DIN6914)die dürfen Scherkräfte aufnehmen,
beginnen aber erst bei der Grösse M12 aufwärts, das willst Du für diese Aufgabe sicher nicht.

Wenn es denn billig sein soll, so nimm doch als Lager eine Bundbuchse
z.B. von http://www.glacier.de/ Werkstoff MF 41 selbstschmierend. Für
eine Bundbuchse mit InnenØ = BolzenØ = 15 mm und BundØ=23mm ist die
Bundfläche ca. 234 mm². Die zul. Flächenpressung Statisch = 70 N/mm².
P = 500N / 234mm² = 2.14 N/ mm² also ausreichend.

Wälzlager : da keine radialen Kräfte im Spiel sind,so nimm doch ein reines Axiallager ! ( Kugellager geht auch siehe unten )
Auch bei statischer Belastung ist die äquivalente Belastung Po zu berechnen. Aber hier gilt : bei nur axial belasteten Lagern (Fr=0)wird
Po = Fa0.
Da Du im ersten Bericht ein grösseres Lager angegeben hast 6208, und
nun von einem AussenØ von 30 mm sprichst, kannst Du wie folgt die notwendige statische Sicherheit fs selbst berechnen:
Co = Po * fs — fs = Co/Po ;
Co = stat. Tragzahl von dem von Dir gewählten Lager, aus Katalog.
Po = 500 N
fs soll etwa sein : 0,5…1,0 für Einstell- und Schwenkbewegungen.

Beispiel :
Rillenkugellager FAG 6200 ; d=10mm (visuell etwas mickrig) ; D=30mm
B=9mm ; Co=2600N
statische Sicherheit fs = 5,2 >>> 0.5 …1,0 also ausreichend!

Gruss Wolfgang

#5

Moin

Das mit der Flächenpressung/Reibschluss hab ich in meinem 2D-Denkmodell nicht bedacht. Das würde die Scherkraft auf ein Minimum reduzieren.
Eine Haftreibungszahl für Edelstahl/Holz hab ich nicht gefunden, nur Stahl/Holz, ist aber ähnlich denk ich mal. Dann müsste die Kraft Fn (Normalkraft senkrecht zur angreifenden Kraft, ) 1KN betragen, bei einem angenommen Reibbeiwert von 0,5. Das ist selbst mit M4 Schrauben in ausreichender Anzahl machbar.
Damit wäre schonmal dieses Problem, zumindest in der Theorie, gelöst.

Das Problem mit dem Lager ist aber noch offen.
Ich danke dir für den Link, aber ich wollte es vermeiden etwas zu kaufen. Ich will das mit den Mitteln machen die mir zur Verfügung stehen, sprich mit dem was ich hier da habe.
Eine Möglichkeit besteht noch darin, sich quasi eine Art Kugellager selbst zu bauen. Theoretisch machbar durch eine normale Achse mit Gleitlager und mind. 3 Stahlkugeln die beidseitig auf einer Ebene (z.B. aus Holzplatten) in einer kreisförmigen Nut laufen und durch die Gewichtskraft des Fernsehers in dieser Bahn gehalten werden. Eine andere Option wäre noch statt den Stahlkugeln kleine Räder zu verwenden.
Auf solch oder eine ähnliche Art und Weise will ich das lösen.
Ich weiss, damit bewege ich mich auf dem technolog. stand vom Mittelalter, aber es soll eben nur seinen Zweck erfüllen.

Das werde ich, wenn es soweit ist, improvisieren.

Ich danke dir für deine Hilfe und die Mühe die du dir gemacht hast :smile:

Jim

#6

Hallo,
die Leichtgängigkeit der Drehung ist nur begrenzt sinnvoll.

Du solltest beachten, daß bei zu leichgängiger Drehbarkeit die
Position nicht stabil ist (->Zugkräfte von Kabeln an der Rückseite). Außerdem kann bei leichter Schieflage der Fernseher immer in seine
stabile Lage zurückdrehen, wenn die Schwerpunkt nicht genau über
dem Lager ist.
Ich würde also nur ein ganz normale Gleitlager empfehlen.
Bischen Fett reicht dann allemal aus, um die Drehung mit
hinreichend geringer Kraft zu gewährleisten.
Gruß Uwi

Das andere Problem ist die Drehung um die Hochachse. Dafür
wollte ich Kugellager verwenden um eine leichtgängige Drehung
zu ermöglichen. Gedacht war es so, dass die Last des
Fernsehers auf dem Innern oder Äußeren Ring ruht und die
Gegenkraft auf dem Lager des Vollauszuges und sich dadurch
eine Axialkraft indem Kugellager ergibt. Soweit ich weiss
nehmen Kugellager Radialkräfte auf, z.B. im dynamischen
Bereich bei sich drehenden Wellen. Hier aber wären es eben
statische Axialkräfte und ich wollte wissen inwiefern die
Lager dies aushalten bzw. ob die Funktion des Lagers, d.h.
eine leichtgängige Drehung, beeinträchtigt wird.
Mir fällt keine andere konstruktive Lösung für diese
Gegebenheiten ein als eben ein Kugellager, zumal solche
vorhanden sind; zwar nur mit ca. 30mm Aussendurchmesser, aber
es sollte trotzdem irgendwie seinen Zweck erfüllen.

Für Gegenvorschläge diesbzgl. bin ich offen und dankbar …