Abstrakcyjny

Przesunięcie wypukłości rolek ma znaczący wpływ na trwałość łożysk stożkowych. Za pomocą analizy elementów skończonych w artykule omówiono zmiany naprężenia stykowego pomiędzy rolkami a bieżniami pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego łożysk, gdy środek wypukłości rolek stożkowych przesunie się w kierunku obu końców pod pewnymi warunkami obciążenia. Wyniki pokazują, że środek wypukłości rolek stożkowych może przesunąć się w pewnym zakresie w kierunku większego końca rolki; w przypadku przekroczenia tego zakresu na obu końcach rolki wystąpi znaczna różnica naprężeń, prowadząca do przedwczesnego uszkodzenia łożyska. Ponadto środek wypukłości rolek nie powinien przesunąć się w kierunku mniejszego końca rolki. Aby poprawić trwałość zmęczeniową łożysk, należy określić dopuszczalne przesunięcie wypukłości wałeczków.

Słowa kluczowe: łożysko stożkowe; przesunięcie wypukłości; stres kontaktowy; analiza elementów skończonych

1 Wprowadzenie

Łożyska stożkowe mają tę zaletę, że wytrzymują jednocześnie obciążenia osiowe i promieniowe, mają dużą nośność-, małe tarcie toczne, wysoką sztywność i łatwy montaż. Są szeroko stosowane w dużych urządzeniach mechanicznych, takich jak samochody, koleje, obrabiarki, kopalnie i hutnictwo. Błąd przesunięcia wypukłości podczas obróbki logarytmicznych rolek wypukłych oraz błąd przesunięcia rolek podczas montażu mają istotny wpływ na ich wydajność i żywotność. Dlatego konieczne jest określenie rozsądnego zakresu błędu.

Określenie przesunięcia wypukłości ma znaczenie przewodnie przy projektowaniu i stosowaniu łożysk stożkowych. W dokumencie referencyjnym zastosowano metodę elementów skończonych do analizy rozkładu naprężeń w łożyskach walcowych w określonych warunkach obciążenia i podano przesunięcie wypukłości, które można kontrolować podczas modyfikacji rolek o krzywiźnie logarytmicznej poprzez analizę przesunięcia wałeczków. W artykule analizowano wzór na obliczenie trwałości mający zastosowanie do różnych zmodyfikowanych rolek, wskazując, że modyfikacja krzywej logarytmicznej ma pewne znaczenie dla poprawy trwałości łożysk. W tym artykule dwurzędowe-łożysko stożkowe 353112 zostało przyjęte jako przykład analizy elementów skończonych w celu zbadania rozsądnego zakresu jego przesunięcia wypukłości i jego wpływu na rozkład naprężeń kontaktowych.

Model 2 elementów skończonych łożysk stożkowych

2.1 Przesunięcie wypukłości rolki

Projektowanie i obróbka rolek stożkowych uwzględnia głównie wymagania dotyczące właściwości ich powierzchni roboczej, tj. wypukłości i sferycznej powierzchni podstawy rolki. W przypadku rolek o wypukłości o krzywiźnie logarytmicznej różne wielkości wypukłości na obu końcach rolki można uzyskać poprzez nieznaczne przesunięcie środka długości efektywnej rolki jako początku współrzędnych w kierunku większego końca rolki. Schematyczny diagram przesunięcia wypukłości rolki o krzywiźnie logarytmicznej pokazano na rysunku 1. Błąd przesunięcia wypukłości rolki stożkowej odnosi się do przesunięcia s pomiędzy punktem symetrycznym na zmodyfikowanej rolce o krzywiźnie logarytmicznej a początkiem współrzędnej o.

Rysunek 1: Schematyczny diagram przesunięcia wypukłości rolki o krzywiźnie logarytmicznej

2.2 Modelowanie

Schemat strukturalny dwurzędowego-łożyska stożkowego 353112 do piast kół samochodów ciężarowych pokazano na rysunku 2, a główne parametry konstrukcyjne wymieniono w tabeli 1.

Rysunek 2: Schemat ideowy konstrukcji łożyska stożkowego

Tabela 1 Główne parametry konstrukcyjne łożyska

Materiałem łożyska jest GCr15, współczynnik tarcia stykowego pomiędzy rolką a wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią bieżni wynosi 0,1, moduł sprężystości materiału wynosi 206 GPa, a współczynnik Poissona wynosi 0,3. Maksymalne normalne obciążenie walca wynosi 7000 N. Ze względu na jego symetryczną budowę konieczne jest zbudowanie jedynie modelu elementów skończonych w 1/2.

Podczas tworzenia modelu za pomocą oprogramowania elementów skończonych fazowania i krawędzie, które mają niewielki wpływ na naprężenia łożyska, są ignorowane i nie są brane pod uwagę wpływ luzu osiowego, promieniowego i filmu oleju smarowego na naprężenia kontaktowe. Typ elementu przyjmuje 8-węzłowy element Solid185 z 3 stopniami swobody na węzeł, którego można używać do symulowania jednorodnych struktur bryłowych. Po wycięciu miejsc styku bieżni pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego z rolkami ustala się całkowity rozmiar elementu dla odwzorowanego podziału siatki, a dla pozostałych części przyjmuje się metodę podziału siatki po skosie. Minimalny element siatki w zaszyfrowanej części jest mniejszy niż długość połowy szerokości styku, jak pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3: Model elementów skończonych

Tworzone są pary stykowe, których powierzchnią docelową są pierścienie wewnętrzny i zewnętrzny łożyska, a powierzchnią styku powierzchnia rolki, przy współczynniku tarcia kontaktowego wynoszącym 0,1. Ustawienia warunków brzegowych: Do każdej sekcji łożyska zastosowano wiązania symetryczne, powierzchnia zewnętrzna pierścienia zewnętrznego jest całkowicie powiązana w wyniku pasowania wciskowego z gniazdem łożyska i ograniczony jest osiowy stopień swobody pierścienia wewnętrznego. Podczas ładowania węzeł w środku symetrii pierścienia wewnętrznego jest traktowany jako węzeł główny, sąsiednie węzły są wybierane jako węzły podrzędne, a następnie wszystkie węzły na wewnętrznej powierzchni pierścienia wewnętrznego są łączone za pomocą stopnia swobody w kierunku y- (promieniowego) i obciążenie jest przykładane do węzła głównego.

3 Wyniki i analiza

Bez przesunięcia wypukłości rozkład naprężeń wzdłuż kierunku tworzącej wałeczka pomiędzy wałeczkiem a bieżniami pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego pokazano na rysunku 4. Można zauważyć, że maksymalna wartość naprężenia pomiędzy wałeczkiem a pierścieniem wewnętrznym znajduje się w miejscu nieco na lewo od środka wałeczka. Jednakże maksymalna wartość naprężenia pomiędzy stożkową rolką a pierścieniem zewnętrznym znajduje się blisko środka rolki, a rozkład naprężeń jest symetryczny i równomierny.

Rysunek 4: Naprężenie stykowe pomiędzy rolką a pierścieniami wewnętrznymi i zewnętrznymi bez przesunięcia wypukłości

Gdy środek wypukłości rolki jest przesunięty o 0,4 mm w kierunku dużego końca rolki i 0,2 mm w kierunku małego końca rolki, rozkład naprężeń kontaktowych pomiędzy rolką a bieżnią pierścienia wewnętrznego wzdłuż tworzącej rolki pokazano na rysunku 5, a naprężenia kontaktowe nie są rozłożone symetrycznie i równomiernie.

Rysunek 5: Naprężenie stykowe pomiędzy rolką a bieżnią wewnętrzną, gdy wypukły środek przesunięć rolek

Kiedy środek wypukłości rolki przesunie się w kierunku obu końców, zmiany naprężenia kontaktowego między obydwoma końcami rolki a bieżnią pierścienia wewnętrznego pokazano na rysunku 6. Z rysunku 6a można zobaczyć, że w tych samych warunkach, w miarę wzrostu przesunięcia wypukłości, naprężenie kontaktowe na małym końcu rolki stopniowo maleje, podczas gdy naprężenie kontaktowe na większym końcu rolki gwałtownie wzrasta. Kiedy przesunięcie wzrasta do ponad 0,2 mm, różnica naprężeń stykowych pomiędzy obydwoma końcami rolki szybko rośnie. Sytuację, w której środek wypukłości przesunie się w kierunku małego końca rolki, pokazano na rysunku 6b. Wraz ze wzrostem przesunięcia różnica naprężeń kontaktowych między obydwoma końcami rolki zaczyna znacznie wzrastać. Można zauważyć, że przesunięcie wypukłości tworzącej rolki doprowadzi do asymetrii i nierównomierności-naprężenia stykowego pomiędzy obydwoma końcami rolki a bieżnią.

Rysunek 6: Wpływ przesunięcia wypukłości na naprężenie kontaktowe pomiędzy obydwoma końcami rolki a bieżnią wewnętrzną

Rysunek 7 przedstawia ilościową ocenę wpływu przesunięcia wypukłości na naprężenia stykowe na obu końcach rolki. Wraz ze wzrostem przesunięcia wypukłości względna różnica naprężeń kontaktowych między obydwoma końcami rolki rośnie nieliniowo. Gdy przesunięcie wypukłości w kierunku dużego końca jest większe niż 0,1 mm, względna różnica naprężeń kontaktowych między obydwoma końcami rolki gwałtownie wzrasta, co wskazuje, że przesunięcie 0,1 mm w kierunku dużego końca jest punktem zwrotnym. W tym czasie względna różnica między obydwoma końcami rolki wynosi około 20%, co spełnia maksymalny dopuszczalny błąd względny wynoszący 25% w inżynierii. Jednakże, gdy środek wypukłości przesunie się w kierunku mniejszego końca, względna różnica naprężeń stykowych pomiędzy obydwoma końcami rolki jest duża i nie spełnia warunków technicznych. Dlatego też, aby zapewnić równomierność i symetrię rozkładu naprężeń w łożysku stożkowym 353112, środek wypukłości rolki o krzywiźnie logarytmicznej powinien być kontrolowany z przesunięciem o 0,1 mm w kierunku dużego końca i nie powinien być przesunięty w kierunku małego końca.

Rysunek 7: Zależność pomiędzy przesunięciem środka wypukłości a różnicą naprężeń względnych pomiędzy obydwoma końcami rolki)

4 Wniosek

Modyfikując rolki o krzywiźnie logarytmicznej, należy ściśle kontrolować przesunięcie środka wypukłości rolki; w przeciwnym razie naprężenie kontaktowe będzie wykazywało złożoną asymetrię. Środek wypukłości może być umiarkowanie przesunięty w kierunku większego końca. W przypadku łożyska 353112 środek wypukłości rolki powinien być kontrolowany z przesunięciem 0,1 mm w kierunku dużego końca, a środek wypukłości nie powinien być przesunięty w kierunku mniejszego końca rolki.

20261 maja Tydzień Rekomendacji produktów WBM

Narzędzia do szlifierek czołowych Modler

Weichuang ma teraz możliwość dostarczenia pełnego zestawu narzędzi do linii szlifowania wałków stożkowych Modler. Nasze oprzyrządowanie jest dobrze dopasowane do szlifierek bezkłowych i szlifierek czołowych modlerów. I pomóż klientowi produkować rolki o wysokiej precyzji przy niskich kosztach.