Warum spielt die Wärmeausdehnung bei Lagern eine Rolle?

Wenn sich eine Welle im Betrieb erwärmt, dehnt sie sich axial aus. Sind beide Lager axial fixiert (Festlager), erzeugt die Ausdehnung eine innere Vorspannung, die Reibung und Temperatur erhöht. Eine geeignete Fest-/Loslageranordnung ermöglicht die Wärmeausdehnung, ohne die Lager zu beschädigen.

Was ist eine Fest-/Loslageranordnung?

Bei einer Fest-/Loslageranordnung ist ein Lager axial fixiert (Festlager), um die Welle zu positionieren, während das andere Lager axial verschiebbar ist (Loslager), um die Wärmeausdehnung auszugleichen. Dies ist die gebräuchlichste Anordnung.

Which CTE value should I enter?

Use a mean linear CTE for the exact material grade over the actual temperature interval. CTE varies with composition and temperature; generic material-family values are only rough examples.

Wie hoch ist die typische Expansion?

Eine 1 Meter lange Stahlwelle dehnt sich bei einer Temperaturerhöhung von 50 °C um etwa 0,6 mm aus. Dies mag gering erscheinen, kann aber enorme Kräfte erzeugen, wenn beide Lagerpositionen axial fixiert sind.

Does axial differential growth determine bearing fit or clearance?

No. Axial span growth helps size axial displacement capacity. Radial fit and bearing internal clearance require local diameters, ring/seat temperatures, material properties and the exact bearing arrangement.

Kostenloses Ingenieurwerkzeug #054

Wärmeausdehnungsrechner für Lager

Berechnen Sie die separaten gleichmäßigen axialen Wärmeausdehnungen von Welle und Gehäuse sowie deren vorzeichenbehaftete Differenz. Geben Sie die tatsächlichen Längen, mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten und Temperaturänderungen ein.

δ = L × α × ΔTVorzeichenbehaftetes Erwärmen/AbkühlenKeine automatische Lagerauswahl

Ergebnisse

Axiale Wellenausdehnung δ_shaft

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Axiale Gehäuseausdehnung δ_Gehäuse

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Unterschiedliche Wärmeausdehnung

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Formel zur Wärmeausdehnung

L — wirksame Ausgangslänge (mm)
α — mittlerer linearer Wärmeausdehnungskoeffizient über das angegebene Intervall (μm/(m·K), numerisch ×10⁻⁶/K)
ΔT — vorzeichenbehaftete Temperaturänderung gegenüber dem Referenzzustand (K oder °C Differenz)

Eingabe des Wärmeausdehnungskoeffizienten

Der Wärmeausdehnungskoeffizient hängt von Werkstoffgüte und Temperatur ab. Ermitteln Sie einen Mittelwert über das tatsächliche Intervall anhand kontrollierter Werkstoffdaten, statt eine breite Werkstofffamilie auszuwählen.

Fest-/Loslageranordnung

ℹ️ Eine Fest-/Loslagerung kann die axiale Verschiebung aus dem relativen thermischen Wachstum von Welle und Gehäuse aufnehmen; der erforderliche Verschiebeweg und der Lagertyp müssen jedoch anhand der vollständigen Anordnung mit Belastungen, Passungen, Toleranzen und Herstellerdaten ausgewählt werden.