Абстрактный

Смещение выпуклости роликов существенно влияет на срок службы конических роликоподшипников. В этой статье посредством анализа методом конечных элементов обсуждаются изменения контактного напряжения между роликами и дорожками качения внутреннего и наружного колец подшипников, когда центр выпуклости конических роликов смещается к обоим концам при определенных условиях нагрузки. Результаты показывают, что центр выпуклости конических роликов может смещаться в сторону большого конца ролика в определенном диапазоне; при превышении этого диапазона на обоих концах ролика возникнет серьезная разница напряжений, что приведет к преждевременному выходу подшипника из строя. При этом центр выпуклости роликов не должен смещаться в сторону узкого конца ролика. Для повышения контактной усталостной долговечности подшипников необходимо определять допустимое смещение выпуклости роликов.

Ключевые слова: конический роликоподшипник; смещение выпуклости; контактный стресс; анализ методом конечных элементов

1 Введение

Преимущества конических роликоподшипников заключаются в одновременной выдержке как осевых, так и радиальных нагрузок, большой -грузоподъемности, малом трении качения, высокой жесткости и простоте установки. Они широко используются в крупном механическом оборудовании, таком как автомобили, железные дороги, станки, шахты и металлургия. Ошибка смещения выпуклости во время обработки роликов с логарифмической выпуклостью и ошибка смещения роликов во время сборки оказывают важное влияние на их эксплуатационные характеристики и срок службы. Поэтому необходимо определить разумный диапазон ошибок.

Определение смещения выпуклости имеет определяющее значение при проектировании и применении конических роликоподшипников. В справочнике используется метод конечных элементов для анализа распределения напряжений в цилиндрических роликоподшипниках при определенных условиях нагрузки и указывается смещение выпуклости, которое необходимо контролировать во время модификации роликов с логарифмической кривой путем анализа смещения роликов. В справочнике анализируется формула расчета срока службы, применимая к различным модифицированным роликам, что указывает на то, что модификация логарифмической кривой имеет определенное значение для увеличения срока службы подшипников. В этой статье двухрядный конический роликоподшипник 353112 взят в качестве примера для анализа методом конечных элементов с целью изучения разумного диапазона смещения его выпуклости и его влияния на распределение контактного напряжения.

2. Конечно-элементная модель конических роликовых подшипников

2.1 Смещение выпуклости ролика

При проектировании и обработке конических роликов в основном учитываются требования к характеристикам их рабочей поверхности, т. е. выпуклости и сферической базовой поверхности ролика. Для роликов с выпуклостью логарифмической кривой разная степень выпуклости на обоих концах ролика может быть достигнута путем небольшого перемещения центра эффективной длины ролика как начала координат в сторону большого конца ролика. Схематическая диаграмма смещения выпуклости ролика с логарифмической кривой показана на рисунке 1. Ошибка смещения выпуклости конического ролика относится к смещению s между симметричной точкой на ролике с модифицированной логарифмической кривой и началом координат o.

Рисунок 1: Схематическая диаграмма смещения выпуклости ролика с логарифмической кривой.

2.2 Моделирование

Структурная схема двухрядного конического роликоподшипника 353112 для ступиц колес грузовых автомобилей представлена ​​на рисунке 2, а основные конструктивные параметры приведены в таблице 1.

Рисунок 2. Принципиальная схема конструкции конического роликоподшипника.

Таблица 1. Основные конструктивные параметры подшипника

Материал подшипника — GCr15, коэффициент контактного трения между роликом и внутренней и внешней поверхностями дорожек качения — 0,1, модуль упругости материала — 206 ГПа, коэффициент Пуассона — 0,3. Максимальная нормальная нагрузка на ролик составляет 7000 Н. Из-за его симметричной конструкции необходимо создать только 1/2 конечно-элементную модель.

При создании модели с помощью программного обеспечения конечных элементов игнорируются фаски и кромки, которые мало влияют на напряжение подшипника, а также не учитывается влияние осевого зазора, радиального зазора и смазочной масляной пленки на контактное напряжение. Тип элемента использует 8-узловой элемент Solid185 с 3 степенями свободы на узел, который можно использовать для моделирования однородных твердых структур. После вырезания мест контакта между дорожками качения внутреннего и наружного кольца и роликами общий размер элемента устанавливается для сопоставленного разделения сетки, а для других деталей применяется метод разделения сетки по стреловидному принципу. Минимальный элемент сетки в зашифрованной части меньше длины полуширины контакта, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3: Модель конечных элементов.

Контактные пары создаются с внутренним и наружным кольцами подшипника в качестве целевой поверхности и поверхностью ролика в качестве контактной поверхности с коэффициентом контактного трения 0,1. Настройки граничных условий: к каждой секции подшипника применяются симметричные ограничения, внешняя поверхность наружного кольца полностью ограничена из-за посадки с натягом с седлом подшипника, а осевая степень свободы внутреннего кольца ограничена. При загрузке узел в центре симметрии внутреннего кольца принимается в качестве главного узла, соседние узлы выбираются в качестве подчиненных узлов, а затем все узлы на внутренней поверхности внутреннего кольца соединяются со степенью свободы направления y- (радиальной), и нагрузка прикладывается к главному узлу.

3 Результаты и анализ

Без смещения выпуклости распределение напряжения в направлении образующей ролика между роликом и дорожками качения внутреннего и наружного кольца показано на рисунке 4. Видно, что максимальное значение напряжения между роликом и внутренним кольцом находится в положении немного левее центра ролика. Однако максимальное значение напряжения между коническим роликом и наружным кольцом близко к центру ролика, а распределение напряжения симметрично и равномерно.

Рисунок 4. Контактное напряжение между роликом и внутренним и внешним кольцами без смещения выпуклости.

Когда центр выпуклости ролика смещен на 0,4 мм в сторону большого конца ролика и на 0,2 мм в сторону меньшего конца ролика, распределение контактного напряжения между роликом и дорожкой качения внутреннего кольца вдоль образующей ролика показано на рисунке 5, и контактное напряжение не распределяется симметрично и равномерно.

Рисунок 5. Контактное напряжение между роликом и внутренней дорожкой качения при смещении центра выпуклости ролика.

Когда центр выпуклости ролика смещается к обоим концам, изменения контактного напряжения между обоими концами ролика и дорожкой качения внутреннего кольца показаны на рисунке 6. Из рисунка 6а видно, что в тех же условиях по мере увеличения смещения выпуклости контактное напряжение на малом конце ролика постепенно уменьшается, в то время как контактное напряжение на большом конце ролика быстро увеличивается. Когда смещение увеличивается более чем на 0,2 мм, разница в контактных напряжениях между обоими концами ролика быстро увеличивается. Ситуация, когда центр выпуклости смещен в сторону меньшего конца ролика, показана на рисунке 6b. По мере увеличения смещения разница в контактном напряжении между обоими концами ролика начинает значительно увеличиваться. Видно, что смещение выпуклости образующей ролика приведет к асимметрии и неравномерности контактного напряжения между обоими концами ролика и дорожкой качения.

Рисунок 6. Влияние смещения выпуклости на контактное напряжение между обоими концами ролика и внутренней дорожкой качения.

На рисунке 7 представлена ​​количественная оценка влияния смещения выпуклости на контактное напряжение на обоих концах ролика. По мере увеличения смещения выпуклости относительная разница в контактных напряжениях между обоими концами ролика увеличивается нелинейно-линейно. Когда смещение выпуклости в сторону большого конца превышает 0,1 мм, относительная разница в контактных напряжениях между обоими концами ролика быстро увеличивается, указывая на то, что смещение выпуклости в сторону большого конца является поворотным моментом. В это время относительная разница между обоими концами ролика составляет около 20%, что соответствует максимально допустимой относительной погрешности в 25% в технике. Однако когда центр выпуклости смещается в сторону меньшего конца, относительная разница в контактных напряжениях между обоими концами ролика велика и не соответствует инженерным условиям. Следовательно, для обеспечения равномерности и симметрии распределения напряжений конического роликоподшипника 353112 центр выпуклости ролика с логарифмической кривой должен контролироваться в пределах 0,1 мм со смещением в сторону большого конца и не должен смещаться в сторону меньшего конца.

Рисунок 7: Связь между смещением центра выпуклости и разницей относительных напряжений между обоими концами ролика.

4 Заключение

При модификации роликов с логарифмической кривизной следует строго контролировать смещение центра выпуклости ролика; в противном случае контактное напряжение будет проявлять сложную асимметрию. Центр выпуклости может умеренно смещаться к большому концу. Для подшипника 353112 центр выпуклости ролика должен быть смещен в пределах 0,1 мм в сторону большого конца, а центр выпуклости не должен быть смещен в сторону меньшего конца ролика.

20261 мая Неделя Рекомендации по продукту WBM

Инструменты для шлифовки торцевых поверхностей Modler

Теперь Weichuang имеет возможность поставлять полный набор инструментов для линии шлифования конических роликов Modler. Наши инструменты хорошо подходят для бесцентровых шлифовальных станков Modler и торцевых шлифовальных станков Modler. И помогите клиенту производить высокоточные ролики по низкой цене.