Abstraktné

Konvexný posun valčekov má významný vplyv na životnosť kuželíkových ložísk. Prostredníctvom analýzy konečných prvkov tento článok pojednáva o zmenách kontaktného napätia medzi valčekmi a obežnými dráhami vnútorného a vonkajšieho krúžku ložísk, keď sa stred konvexnosti kužeľových valčekov za určitých podmienok zaťaženia posunie smerom k obom koncom. Výsledky ukazujú, že stred konvexnosti kužeľových valcov môže byť posunutý smerom k veľkému koncu valca v určitom rozsahu; pri prekročení tohto rozsahu sa na oboch koncoch valčeka objaví výrazný rozdiel v napätí, čo vedie k predčasnému zlyhaniu ložiska. Okrem toho by stred konvexnosti valcov nemal byť posunutý smerom k malému koncu valca. Na zlepšenie kontaktnej únavovej životnosti ložísk je potrebné určiť prípustnú konvexnú odchýlku valčekov.

Kľúčové slová: kuželíkové ložisko; ofset konvexnosti; kontaktný stres; analýza konečných prvkov

1 Úvod

Kuželíkové ložiská majú tú výhodu, že znášajú súčasne axiálne aj radiálne zaťaženie, majú veľkú nosnosť-, malé valivé trenie, vysokú tuhosť a jednoduchú inštaláciu. Sú široko používané vo veľkých mechanických zariadeniach, ako sú automobily, železnice, obrábacie stroje, bane a hutníctvo. Chyba konvexného posunu pri obrábaní logaritmických konvexných valčekov a chyba posunu valčeka pri montáži majú významný vplyv na ich prevádzkový výkon a životnosť. Preto je potrebné určiť primeraný rozsah chýb.

Určenie ofsetu konvexity má smerodajný význam pre návrh a aplikáciu kuželíkových ložísk. Reference používa metódu konečných prvkov na analýzu rozloženia napätia valčekových ložísk za určitých podmienok zaťaženia a poskytuje kompenzáciu konvexnosti, ktorá sa má kontrolovať počas modifikácie valčekov logaritmickej krivky analýzou posunu valčekov. Referenčná analýza analyzuje vzorec na výpočet životnosti použiteľný pre rôzne modifikované valčeky, čo naznačuje, že modifikácia logaritmickej krivky má určitý význam pre zlepšenie životnosti ložísk. V tomto článku je dvojradové kuželíkové ložisko 353112 brané ako príklad pre analýzu konečných prvkov na štúdium primeraného rozsahu jeho konvexného posunu a jeho vplyvu na distribúciu kontaktného napätia.

2 model konečných prvkov kuželíkových ložísk

2.1 Posun konvexnosti valca

Konštrukcia a opracovanie kužeľových valcov zohľadňuje najmä požiadavky na vlastnosti ich pracovnej plochy, tj konvexnosť a guľovú základnú plochu valca. Pre konvexné valčeky s logaritmickou krivkou možno dosiahnuť rôzne hodnoty konvexnosti na oboch koncoch valčeka miernym posunutím stredu efektívnej dĺžky valčeka ako začiatku súradníc smerom k veľkému koncu valčeka. Schematický diagram ofsetu konvexnosti valčeka logaritmickej krivky je znázornený na obrázku 1. Chyba ofsetu konvexnosti kužeľového valčeka sa týka posunu s medzi symetrickým bodom na valčeku modifikovanej logaritmickej krivky a súradnicovým počiatkom o.

Obrázok 1: Schematický diagram ofsetu konvexnosti valčeka logaritmickej krivky

2.2 Modelovanie

Štrukturálny schematický diagram dvojradového kuželíkového ložiska 353112 pre náboje kolies nákladných automobilov je znázornený na obrázku 2 a hlavné konštrukčné parametre sú uvedené v tabuľke 1.

Obrázok 2: Schematický diagram konštrukcie kužeľových valčekových ložísk

Tabuľka 1 Hlavné konštrukčné parametre ložiska

Materiál ložiska je GCr15, koeficient kontaktného trenia medzi valčekom a vnútorným a vonkajším povrchom obežnej dráhy je 0,1, modul pružnosti materiálu je 206 GPa a Poissonov koeficient je 0,3. Maximálne normálne zaťaženie valca je 7 000 N. Vzhľadom na jeho symetrickú štruktúru je potrebné vytvoriť iba 1/2 model konečných prvkov.

Pri vytváraní modelu pomocou softvéru konečných prvkov sa ignorujú skosenia a hrany, ktoré majú malý vplyv na namáhanie ložiska, a nezohľadňujú sa účinky axiálnej vôle, radiálnej vôle a filmu mazacieho oleja na kontaktné napätie. Typ prvku využíva 8-uzlový prvok Solid185 s 3 stupňami voľnosti na uzol, ktorý možno použiť na simuláciu homogénnych pevných štruktúr. Po rozrezaní kontaktných polôh medzi vnútornými a vonkajšími prstencovými obežnými dráhami a valcami sa nastaví celková veľkosť prvku pre mapované delenie ôk a pre ostatné časti sa použije metóda delenia mriežky. Minimálny sieťový prvok v zašifrovanej časti je menší ako dĺžka polovičnej šírky kontaktu, ako je znázornené na obrázku 3.

Obrázok 3: Model konečných prvkov

Sú vytvorené kontaktné páry s vnútorným a vonkajším krúžkom ložiska ako cieľovou plochou a povrchom valčeka ako kontaktnou plochou, s koeficientom kontaktného trenia 0,1. Nastavenia okrajových podmienok: Na každú časť ložiska sú aplikované symetrické obmedzenia, vonkajší povrch vonkajšieho krúžku je úplne obmedzený v dôsledku uloženia s presahom na sedlo ložiska a axiálny stupeň voľnosti vnútorného krúžku je obmedzený. Pri zaťažení sa uzol v strede symetrie vnútorného prstenca považuje za hlavný uzol, susedné uzly sa vyberú ako podriadené uzly a potom sa všetky uzly na vnútornom povrchu vnútorného prstenca prepoja s (radiálnym) stupňom voľnosti v smere y - a zaťaženie sa aplikuje na hlavný uzol.

3 Výsledky a analýza

Bez konvexného posunu je rozloženie napätia pozdĺž smeru tvoriacej čiary valčeka medzi valčekom a obežnými dráhami vnútorného a vonkajšieho krúžku znázornené na obrázku 4. Je možné vidieť, že maximálna hodnota napätia medzi valčekom a vnútorným krúžkom sa nachádza v polohe mierne vľavo od stredu valčeka. Avšak maximálna hodnota napätia medzi kužeľovým valcom a vonkajším krúžkom je blízko stredu valca a rozloženie napätia je symetrické a rovnomerné.

Obrázok 4: Kontaktné napätie medzi valčekom a vnútorným a vonkajším krúžkom bez konvexného posunu

Keď je stred konvexnosti valca posunutý o 0,4 mm smerom k veľkému koncu valca a 0,2 mm smerom k malému koncu valca, rozloženie kontaktného napätia medzi valcom a obežnou dráhou vnútorného krúžku pozdĺž tvoriacej čiary valca je znázornené na obrázku 5 a kontaktné napätie nie je symetricky a rovnomerne rozložené.

Obrázok 5: Kontaktné napätie medzi valčekom a vnútornou obežnou dráhou, keď sa vypuklosť stredu valčeka vychýli

Keď sa stred konvexnosti valčeka posunie smerom k obom koncom, zmeny kontaktného napätia medzi oboma koncami valčeka a obežnou dráhou vnútorného krúžku sú znázornené na obrázku 6. Z obrázku 6a je možné vidieť, že za rovnakých podmienok, keď sa konvexný posun zväčšuje, kontaktné napätie na malom konci valčeka sa postupne znižuje, zatiaľ čo kontaktné napätie na veľkom konci valca sa rýchlo zvyšuje. Keď sa posun zvýši na viac ako 0,2 mm, rozdiel v kontaktnom napätí medzi oboma koncami valca sa rýchlo zväčší. Situácia, keď sa stred konvexnosti odchyľuje smerom k malému koncu valca, je znázornená na obrázku 6b. Keď sa posun zvyšuje, rozdiel v kontaktnom napätí medzi oboma koncami valca sa začína výrazne zvyšovať. Je zrejmé, že posunutie konvexnosti tvoriacej čiary valca povedie k asymetrii a nerovnomernosti kontaktného napätia medzi oboma koncami valca a obežnou dráhou.

Obrázok 6: Vplyv ofsetu konvexity na kontaktné napätie medzi oboma koncami valčeka a vnútornou obežnou dráhou

Obrázok 7 je kvantitatívne vyhodnotenie vplyvu posunu konvexnosti na kontaktné napätie na oboch koncoch valca. Keď sa odchýlka konvexnosti zväčšuje, relatívny rozdiel v kontaktnom napätí medzi oboma koncami valca narastá ne-lineárne. Keď je posunutie konvexnosti smerom k veľkému koncu väčšie ako 0,1 mm, relatívny rozdiel v kontaktnom napätí medzi oboma koncami valca sa rýchlo zvyšuje, čo naznačuje, že odsadenie 0,1 mm smerom k veľkému koncu je bod obratu. V tomto čase je relatívny rozdiel medzi oboma koncami valca asi 20%, čo spĺňa maximálnu prípustnú relatívnu chybu 25% v strojárstve. Keď sa však stred konvexnosti posunie smerom k malému koncu, relatívny rozdiel v kontaktnom napätí medzi oboma koncami valca je veľký a nespĺňa technické podmienky. Preto, aby sa splnila rovnomernosť a symetria rozloženia napätia kuželíkového ložiska 353112, stred konvexnosti valčeka logaritmickej krivky by mal byť riadený s odchýlkou ​​0,1 mm smerom k veľkému koncu a nemal by byť posunutý smerom k malému koncu.

Obrázok 7: Vzťah medzi odsadením konvexného stredu a relatívnym rozdielom napätia medzi oboma koncami valca)

4 Záver

Pri úprave valčekov logaritmickej krivky by sa malo prísne kontrolovať odsadenie stredu konvexnosti valca; inak bude kontaktné napätie vykazovať komplexnú asymetriu. Stred konvexnosti môže byť mierne posunutý smerom k veľkému koncu. V prípade ložiska 353112 by sa stred konvexnosti valčeka mal ovládať v rozsahu 0,1 mm posunutia smerom k veľkému koncu a stred konvexnosti by nemal byť posunutý smerom k menšiemu koncu valčeka.

20261. mája Týždenné odporúčanie produktu WBM

Nástroje na čelnú brúsku Modler

Weichuang má teraz schopnosť dodávať kompletné nástroje pre linku na brúsenie kužeľových valcov Modler. Naše nástroje sú dobre osadené v zákazníckej modelárskej bezhrotovej brúske a modelárskej čelnej brúske. A pomôžte zákazníkovi vyrábať vysoko presné valce s nízkymi nákladmi.