Анотація

Зміщення опуклості роликів має значний вплив на термін служби конічних роликових підшипників. За допомогою кінцево-елементного аналізу в цій статті обговорюються зміни контактної напруги між роликами та внутрішніми та зовнішніми кільцями кочення підшипників, коли центр опуклості конічних роликів зміщується до обох кінців за певних умов навантаження. Результати показують, що центр опуклості конічних роликів може зміщуватися до великого кінця ролика в певному діапазоні; якщо перевищити цей діапазон, на обох кінцях ролика виникне сильна різниця напруг, що призведе до передчасної поломки підшипника. Крім того, центр опуклості роликів не повинен зміщуватися в бік малого кінця ролика. Для підвищення контактної втомної довговічності підшипників необхідно визначити допустиме зміщення опуклості роликів.

Ключові слова: конічний роликовий підшипник; зсув опуклості; контактний стрес; аналіз кінцевих елементів

1 Вступ

Конічні роликові підшипники мають переваги одночасної витримки як осьового, так і радіального навантажень, великої -несучої здатності, малого тертя кочення, високої жорсткості та легкого встановлення. Вони широко використовуються у великому механічному обладнанні, такому як автомобілі, залізниці, верстати, шахти та металургія. Похибка зсуву опуклості під час обробки логарифмічних роликів з опуклістю та похибка зсуву ролика під час складання мають важливий вплив на їх експлуатаційні характеристики та термін служби. Тому необхідно визначити розумний діапазон похибок.

Визначення зміщення опуклості має керівне значення для розробки та застосування конічних роликових підшипників. Довідник використовує метод скінченних елементів для аналізу розподілу напруги циліндричних роликових підшипників за певних умов навантаження та надає зсув опуклості, який потрібно контролювати під час модифікації логарифмічних кривих роликів шляхом аналізу зсуву ролика. Посилання аналізує формулу розрахунку терміну служби, застосовну до різних модифікованих роликів, вказуючи, що модифікація логарифмічної кривої має певне значення для підвищення терміну служби підшипників. У цьому документі дворядний конічний роликовий підшипник 353112 береться як приклад для кінцево-елементного аналізу, щоб вивчити прийнятний діапазон його опуклості зміщення та його вплив на розподіл контактної напруги.

2 кінцево-елементна модель конічних роликових підшипників

2.1 Зміщення опуклості ролика

Конструкція та обробка конічних роликів в основному враховують вимоги до характеристик їх робочої поверхні, тобто опуклості та сферичної базової поверхні ролика. Для роликів опуклості логарифмічної кривої різні величини опуклості на обох кінцях ролика можуть бути досягнуті шляхом злегка переміщення центру ефективної довжини ролика як початку координат у напрямку до великого кінця ролика. Схематична діаграма зсуву опуклості ролика логарифмічної кривої показана на рисунку 1. Похибка зміщення опуклості конічного ролика відноситься до зсуву s між симетричною точкою на модифікованому ролику логарифмічної кривої та початком координат o.

Рисунок 1: Схематична діаграма зсуву опуклості ролика логарифмічної кривої

2.2 Моделювання

Структурна принципова схема дво-рядного конічного роликового підшипника 353112 для маточин коліс вантажівок показана на малюнку 2, а основні структурні параметри наведено в таблиці 1.

Рисунок 2: Схематична діаграма конструкції конічного роликового підшипника

Таблиця 1. Основні структурні параметри підшипника

Матеріал підшипника — GCr15, коефіцієнт контактного тертя між роликом і внутрішньою та зовнішньою поверхнею доріжки кочення — 0,1, модуль пружності матеріалу — 206 ГПа, коефіцієнт Пуассона — 0,3. Максимальне нормальне навантаження на валик становить 7000 Н. Через його симетричну структуру потрібно встановити лише 1/2 кінцево-елементну модель.

Під час створення моделі за допомогою програмного забезпечення кінцевих елементів фаски та кромки, які мало впливають на напругу в підшипнику, ігноруються, а вплив осьового зазору, радіального зазору та мастильної плівки на контактну напругу не враховується. Тип елемента використовує 8-вузловий елемент Solid185 з 3 ступенями свободи на вузол, який можна використовувати для імітації однорідних твердих структур. Після розрізання контактних положень між доріжками кочення внутрішнього та зовнішнього кільця та роликами встановлюється загальний розмір елемента для поділу картографічної сітки, а для інших частин використовується метод поділу сітки зі стрілкою. Мінімальний елемент сітки в зашифрованій частині менший за довжину напівширини контакту, як показано на малюнку 3.

Рисунок 3: Модель кінцевих елементів

Контактні пари створені з внутрішнім і зовнішнім кільцями підшипника як цільовою поверхнею та поверхнею ролика як поверхнею контакту з коефіцієнтом контактного тертя 0,1. Параметри граничних умов: симетричні обмеження застосовуються до кожної секції підшипника, зовнішня поверхня зовнішнього кільця повністю обмежена через посадку з натягом на гніздо підшипника, а осьовий ступінь свободи внутрішнього кільця обмежений. Під час навантаження вузол у центрі симетрії внутрішнього кільця береться як головний вузол, сусідні вузли вибираються як підлеглі вузли, а потім усі вузли на внутрішній поверхні внутрішнього кільця з’єднуються зі ступенем свободи (радіальним) у напрямку y-, і на головний вузол прикладається навантаження.

3 Результати та аналіз

Без зміщення опуклості розподіл напруги вздовж напрямку твірної ролика між роликом і доріжками кочення внутрішнього та зовнішнього кільця показано на малюнку 4. Можна побачити, що максимальне значення напруги між роликом і внутрішнім кільцем знаходиться в положенні трохи лівіше центру ролика. Однак максимальне значення напруги між конічним роликом і зовнішнім кільцем знаходиться близько до центру ролика, а розподіл напруги є симетричним і рівномірним.

Рисунок 4: Контактне напруження між роликом, внутрішнім і зовнішнім кільцями без зсуву опуклості

Коли центр опуклості ролика зміщується на 0,4 мм у бік великого кінця ролика та на 0,2 мм у бік малого кінця ролика, розподіл контактної напруги між роликом і внутрішньою кільцевою доріжкою кочення вздовж утворюючої ролика показано на малюнку 5, а контактна напруга не розподіляється симетрично та рівномірно.

Рисунок 5: Контактна напруга між роликом і внутрішньою доріжкою кочення, коли центр опуклості ролика зсувається

Коли центр опуклості ролика зміщується до обох кінців, зміни контактної напруги між обома кінцями ролика та доріжкою кочення внутрішнього кільця показано на малюнку 6. На малюнку 6а видно, що за тих самих умов, коли зсув опуклості збільшується, контактна напруга на малому кінці ролика поступово зменшується, тоді як контактна напруга на великому кінці ролика швидко зростає. Коли зсув збільшується більше ніж на 0,2 мм, різниця в контактній напрузі між обома кінцями ролика швидко зростає. Ситуація, коли центр опуклості зсувається до малого кінця валика, показана на малюнку 6b. У міру збільшення зміщення різниця в контактній напрузі між обома кінцями ролика починає значно збільшуватися. Можна побачити, що зсув опуклості твірної ролика призведе до асиметрії та не-рівномірності контактної напруги між обома кінцями ролика та доріжкою кочення.

Рисунок 6: Вплив зсуву опуклості на контактне напруження між обома кінцями ролика та внутрішньої доріжки кочення

Фігура 7 являє собою кількісну оцінку впливу зсуву опуклості на контактне напруження на обох кінцях валика. У міру збільшення зсуву опуклості відносна різниця контактного напруження між обома кінцями ролика зростає не-лінійно. Коли зміщення опуклості в бік великого кінця перевищує 0,1 мм, відносна різниця в контактній напрузі між обома кінцями ролика швидко зростає, вказуючи на те, що зміщення 0,1 мм у бік великого кінця є точкою повороту. У цей час відносна різниця між обома кінцями валика становить приблизно 20%, що відповідає максимально допустимій відносній похибці в 25% у техніці. Однак, коли центр опуклості зміщується до малого кінця, відносна різниця в контактній напрузі між обома кінцями ролика є великою та не відповідає технічним умовам. Таким чином, щоб забезпечити рівномірність і симетрію розподілу напруги конічного роликового підшипника 353112, центр опуклості ролика логарифмічної кривої повинен контролюватися в межах 0,1 мм зсуву до великого кінця, і не повинен зміщуватися до малого кінця.

Рисунок 7: Зв’язок між зміщенням центру опуклості та різницею відносного напруження між обома кінцями ролика)

4 Висновок

При модифікації роликів логарифмічної кривої слід суворо контролювати зсув центру опуклості ролика; інакше контактна напруга буде демонструвати складну асиметрію. Центр опуклості може помірно зміщуватися до великого кінця. Для підшипника 353112 центр опуклості ролика повинен бути зміщений у межах 0,1 мм до великого кінця, а центр опуклості не повинен зміщуватися до малого кінця ролика.

20261 травня Week WBM Product Recommendation

Інструменти для шліфування торцевої поверхні Modler

Weichuang тепер має можливість постачати повний набір інструментів для лінії шліфування конічних роликів Modler. Наші інструменти добре підходять до безцентрової шліфувальної машини Modler і торцевої шліфувальної машини Modler. І допомогти клієнтам виготовити високоточні ролики з низькою вартістю.