Abstraktní

Konvexní přesazení válečků má významný vliv na životnost kuželíkových ložisek. Prostřednictvím analýzy metodou konečných prvků tento článek pojednává o změnách kontaktního napětí mezi válečky a oběžnými dráhami vnitřního a vnějšího kroužku ložisek, když se střed konvexity kuželíkových válečků za určitých podmínek zatížení posune k oběma koncům. Výsledky ukazují, že střed konvexity zkosených válců může být posunut směrem k velkému konci válce v určitém rozsahu; při překročení tohoto rozsahu dojde k výraznému rozdílu napětí na obou koncích válečku, což vede k předčasnému selhání ložiska. Kromě toho by střed konvexnosti válečků neměl být posunutý směrem k malému konci válečku. Pro zlepšení kontaktní únavové životnosti ložisek je nutné určit přípustné přesazení konvexity válečků.

Klíčová slova: kuželíkové ložisko; ofset konvexity; kontaktní stres; analýza konečných prvků

1 Úvod

Kuželíková ložiska mají výhody spočívající v tom, že odolávají současně axiálnímu i radiálnímu zatížení, mají velkou nosnost-, malé valivé tření, vysokou tuhost a snadnou instalaci. Jsou široce používány ve velkých mechanických zařízeních, jako jsou automobily, železnice, obráběcí stroje, doly a hutnictví. Chyba konvexního ofsetu při obrábění logaritmických konvexních válečků a chyba přesazení válečků při montáži mají významný dopad na jejich provozní výkon a životnost. Proto je nutné určit rozumný rozsah chyb.

Určení ofsetu konvexity má rozhodující význam pro konstrukci a použití kuželíkových ložisek. Reference používá metodu konečných prvků k analýze rozložení napětí válečkových ložisek za určitých podmínek zatížení a poskytuje kompenzaci konvexity, která má být řízena během modifikace válečků s logaritmickou křivkou pomocí analýzy přesazení válečků. Reference analyzuje vzorec pro výpočet životnosti použitelný pro různé modifikované válečky, což naznačuje, že modifikace logaritmické křivky má určitý význam pro zlepšení životnosti ložisek. V tomto článku je dvouřadé kuželíkové ložisko 353112 bráno jako příklad pro analýzu metodou konečných prvků ke studiu přiměřeného rozsahu jeho konvexního posunutí a jeho vlivu na rozložení kontaktního napětí.

2 model konečných prvků kuželíkových válečkových ložisek

2.1 Odsazení konvexity válečku

Konstrukce a obrábění kuželových válců zohledňuje především požadavky na vlastnosti jejich pracovní plochy, tj. konvexnost a kulovou základní plochu válce. U konvexních válečků s logaritmickou křivkou lze dosáhnout různých hodnot konvexity na obou koncích válečku mírným posunutím středu efektivní délky válečku jako počátku souřadnic směrem k velkému konci válečku. Schematický diagram ofsetu konvexity válečku logaritmické křivky je znázorněn na obrázku 1. Chyba ofsetu konvexity zkoseného válečku se vztahuje k offsetu s mezi symetrickým bodem na válečku modifikované logaritmické křivky a počátkem souřadnic o.

Obrázek 1: Schematický diagram ofsetu konvexity válečku logaritmické křivky

2.2 Modelování

Konstrukční schematický diagram dvouřadého kuželíkového ložiska 353112 pro náboje kol nákladních automobilů je znázorněn na obrázku 2 a hlavní konstrukční parametry jsou uvedeny v tabulce 1.

Obrázek 2: Schematický diagram konstrukce kuželíkového ložiska

Tabulka 1 Hlavní konstrukční parametry ložiska

Materiál ložiska je GCr15, koeficient kontaktního tření mezi válečkem a vnitřním a vnějším povrchem oběžné dráhy je 0,1, modul pružnosti materiálu je 206 GPa a Poissonův poměr je 0,3. Maximální normální zatížení válce je 7 000 N. Vzhledem k jeho symetrické struktuře je třeba vytvořit pouze 1/2 model konečných prvků.

Při sestavování modelu pomocí softwaru konečných prvků jsou zkosení a hrany, které mají malý vliv na namáhání ložiska, ignorovány a neberou se v úvahu účinky axiální vůle, radiální vůle a filmu mazacího oleje na kontaktní napětí. Typ prvku přijímá 8-uzlový prvek Solid185 se 3 stupni volnosti na uzel, který lze použít k simulaci homogenních objemových struktur. Po oříznutí kontaktních poloh mezi vnitřními a vnějšími prstencovými oběžnými dráhami a válečky se nastaví celková velikost prvku pro mapované dělení sítě a pro ostatní části se převezme metoda dělení okrouhlé sítě. Minimální síťový prvek v zašifrované části je menší než délka poloviční šířky kontaktu, jak je znázorněno na obrázku 3.

Obrázek 3: Model konečných prvků

Jsou vytvořeny kontaktní páry s vnitřním a vnějším kroužkem ložiska jako cílovou plochou a plochou válečku jako kontaktní plochou s koeficientem kontaktního tření 0,1. Nastavení okrajových podmínek: Na každou sekci ložiska jsou aplikována symetrická omezení, vnější povrch vnějšího kroužku je plně omezen v důsledku uložení s přesahem se sedlem ložiska a axiální stupeň volnosti vnitřního kroužku je omezen. Při načítání je uzel ve středu symetrie vnitřního prstence považován za hlavní uzel, sousední uzly jsou vybrány jako podřízené uzly a poté jsou všechny uzly na vnitřním povrchu vnitřního prstence spojeny s (radiálním) stupněm volnosti ve směru y- a zatížení je aplikováno na hlavní uzel.

3 Výsledky a analýza

Bez konvexního offsetu je rozložení napětí podél směru tvořící čáry válce mezi válečkem a oběžnými dráhami vnitřního a vnějšího prstence znázorněno na obrázku 4. Je vidět, že maximální hodnota napětí mezi válečkem a vnitřním prstencem se nachází v poloze mírně vlevo od středu válečku. Maximální hodnota napětí mezi kuželovým válečkem a vnějším kroužkem je však blízko středu válečku a rozložení napětí je symetrické a rovnoměrné.

Obrázek 4: Kontaktní napětí mezi válečkem a vnitřním a vnějším kroužkem bez konvexního posunu

Když se střed konvexity válečku posune o 0,4 mm směrem k velkému konci válečku a 0,2 mm směrem k malému konci válečku, rozložení kontaktního napětí mezi válečkem a oběžnou dráhou vnitřního kroužku podél tvořící čáry válečku je znázorněno na obrázku 5 a kontaktní napětí není symetricky a rovnoměrně rozloženo.

Obrázek 5: Kontaktní napětí mezi válečkem a vnitřní oběžnou dráhou při vychýlení konvexního středu válečku

Když se střed konvexity válečku posune směrem k oběma koncům, změny kontaktního napětí mezi oběma konci válečku a oběžnou dráhou vnitřního kroužku jsou znázorněny na obrázku 6. Z obrázku 6a je vidět, že za stejných podmínek, jak se přesazení konvexity zvětšuje, kontaktní napětí na malém konci válečku postupně klesá, zatímco kontaktní napětí na velkém konci válečku rychle roste. Když se posun zvětší na více než 0,2 mm, rozdíl v kontaktním napětí mezi oběma konci válečku se rychle zvětší. Situace, kdy se střed konvexity posunuje směrem k malému konci válečku, je znázorněna na obrázku 6b. S narůstajícím posunem se začíná výrazně zvětšovat rozdíl v kontaktním napětí mezi oběma konci válečku. Je vidět, že posunutí konvexity tvořící čáry válce povede k asymetrii a nerovnoměrnosti kontaktního napětí mezi oběma konci válce a oběžné dráhy.

Obrázek 6: Vliv ofsetu konvexity na kontaktní napětí mezi oběma konci válečku a vnitřní oběžnou dráhou

Obrázek 7 je kvantitativní hodnocení vlivu ofsetu konvexity na kontaktní napětí na obou koncích válce. S rostoucím posunem konvexity se relativní rozdíl v kontaktním napětí mezi oběma konci válečku nelineárně zvyšuje. Když je posunutí konvexity směrem k velkému konci větší než 0,1 mm, relativní rozdíl v kontaktním napětí mezi oběma konci válečku rychle narůstá, což ukazuje, že posunutí o 0,1 mm směrem k velkému konci je bodem obratu. V tomto okamžiku je relativní rozdíl mezi oběma konci válečku asi 20 %, což splňuje maximální povolenou relativní chybu 25 % ve strojírenství. Když se však střed konvexity posune směrem k malému konci, relativní rozdíl v kontaktním napětí mezi oběma konci válce je velký a nesplňuje technické podmínky. Proto, aby bylo dosaženo stejnoměrnosti a symetrie rozložení napětí kuželíkového ložiska 353112, střed konvexity válečku s logaritmickou křivkou by měl být řízen s odchylkou 0,1 mm směrem k velkému konci a neměl by být posunut směrem k malému konci.

Obrázek 7: Vztah mezi ofsetem konvexního středu a relativním rozdílem napětí mezi oběma konci válečku)

4 Závěr

Při úpravě válečků s logaritmickou křivkou by měl být přísně kontrolován posun středu konvexnosti válečku; jinak bude kontaktní napětí vykazovat komplexní asymetrii. Střed konvexity může být mírně posunut směrem k velkému konci. U ložiska 353112 by měl být střed konvexity válečku řízen s odstupem 0,1 mm směrem k velkému konci a střed konvexity by neměl být posunut směrem k malému konci válečku.

20261. května Týdenní doporučení produktu WBM

Nástroje pro čelní brusku pro modeller

Weichuang má nyní schopnost dodávat kompletní sadu nástrojů pro brousicí linku Modler pro kuželové válce. Naše nástroje jsou dobře osazeny v bezhroté brusce zákazníka a čelní čelní brusce modeller. A pomozte zákazníkovi vyrábět vysoce přesné válce s nízkými náklady.