Abstrakt: Korunování modifikovaného válečného válečného válce válcových ložisků pro vysokorychlostní železniční cestující trenér bylo studováno pomocí metody konečných prvků. Byl analyzován účinek korunování válce na kontaktní stres a ekvivalentní napětí a bylo stanoveno optimální korunování.
Klíčová slova: Ložiska pro vysokorychlostní železniční osobní trenér; korunování; Kontaktní stres
1. Předmluva
Rolingová ložiska jsou nejpoužívanějším typem mechanických komponent a také jednou z nejzranitelnějších komponent. V oblasti železničního tranzitu jsou válcová ložiska jednou z klíčových komponent pro bezpečný provoz železničních lokomotiv a vozidel. Stav jejich provozu přímo ovlivňuje bezpečnost provozu vlaku a jejich selhání souvisí s bezpečností přepravy. Vysoká rychlost se stala hlavním směrem vývoje železniční osobní dopravy v Číně. Maximální provozní rychlost vysokorychlostních osobních vlaků v Číně dosáhne 200 km/h. V současné době je maximální provozní rychlost vysokorychlostních vlaků v Německu, Francii, Japonsku a Španělsku menší než 300 km/h a maximální provozní rychlost vysokorychlostních vlaků dosáhla 350 km/h. S neustálým zlepšováním provozní rychlosti osobních automobilů železničních automobilů se široce používají vysokorychlostní vysokorychlostní ložiska pro osobní automobily a vysokorychlostní ložiska pro osobní automobily se staly jedním z klíčových faktorů ovlivňujících rychlost železničních automobilů. Vzhledem k různým faktorům, jako jsou schopnosti návrhu a vývoje a výrobní úrovně, jsou NJ (P) 3226X1 osobní automobilová ložiska produkovaná na domácím případě v současné době vhodná pouze pro vozidla působící rychlostí pod 160 km/h, což vážně omezuje normální vývoj domácího průmyslu železničních automobilů. V současné době vysokorychlostní železniční osobní automobily v Číně, které fungují rychlostí nad 200 km/h, používají dovážená odpovídající ložiska. Abychom vyhověli potřebám rozsáhlého zvyšování rychlosti osobních automobilů, je naléhavé provádět zvláštní výzkum ložisek pro osobní automobily s vysokorychlostními železničními automobily rychlostí 200-250 km/h, aby se nahradil dovozy.
V současné době je životnost válcových válečných ložisek v Číně ekvivalentní pouze 1/12 až 1/8 podobných produktů v rozvinutých zemích a míra selhání válců představuje 80% a 34,5% doma i v zahraničí. Jedním z hlavních důvodů je to, že většina na domácím trh navržená válce nemá konvexity, což má za následek jedinečnou distribuci okrajového tlaku na obou koncích válce během operace (tj. Efekt Edge), což způsobuje předčasné opotřebení únavy a selhání na obou koncích válce. Aplikace technologie konvexity je účinným opatřením ke změně tohoto jevu. Teorie i praxe ukázaly, že geometrické charakteristiky povrchu válce nebo typ jeho generatixu mají rozhodující dopad na jeho schopnost nesoucí zátěž a životnost únavy kontaktu. Aplikace technologie konvexity může účinně zlepšit rozložení tlaku v oblasti valivé kontaktní oblasti, snížit nebo eliminovat koncentraci tlaku na okraji válce, snížit zvýšení teploty a usnadnit tvorbu mazání elastické tekutiny, čímž se snižuje vibrace a hluk ložiska a zlepšuje jeho životnost. Univerzální ložiska přijímají novou strukturu a optimalizují interní design při zachování stejných vnějších rozměrů, které mohou výrazně zvýšit jmenovité dynamické a statické zatížení ložisek, zlepšit jejich životnost a dynamický výkon.
V důsledku rostoucí složitosti návrhu modifikace válce se také prudce zvýšilo výpočetní zatížení odpovídající analýzy stresu konvexity. Tradiční metody výpočtu již nejsou vhodné pro moderní požadavky na návrh a kontaktní analýza mezi válci a závodníky je nestatickým problémem. Je obtížné vyřešit velikost, napětí, napětí a rozložení napětí a napětí kontaktní oblasti mezi válci a závodníky pomocí Hertzovy teorie. Proto je nutné přijmout moderní designové metody pro analýzu a řešení těchto problémů a technologie konečných prvků je bezpochyby ekonomicky účinnou metodou.
Užívání válcových válečkových ložisek s kruhovými oblouky na obou koncích přímky používané ve vysokorychlostních vlacích jako výzkumného objektu byl vytvořen zjednodušený model pomocí simulačního softwaru ANSYS a metoda kontaktní analýzy byla použita k kvantitativní analýze konvexity ložiskových válců. Byla získána optimální konvexity válců za odpovídajících pracovních podmínek, což poskytovalo základ pro zlepšení kontaktní podmínky mezi válci a závodníkem a zvýšení ložiskové kapacity.
2. proces modelu konečných prvků a proces analýzy simulace
Ložisko je dvojité řadové válcové ložisko s vnitřním průměrem 13 0 mm, vnějším průměrem 240 mm, průměr válce 30 mm a délkou válce 48 mm. Zátěž je 138 kN a rychlost je 2100r/min. Elastický modul a Poissonův poměr analyzovaných válců a kroužků je 212 000 MPa a 0,3, s hustotou materiálu 7850 kg/m3. Na základě charakteristik pohybu ložiska jsou základní předpoklady v simulačním procesu následující:
(1) Vzhledem k zanedbatelnému dopadu zkosení a okrajů na vnitřní rozložení napětí ložisek nezahrnuje model a okraje.
(2) Nezohlednit účinky radiálního čištění, axiální vůle a olejového filmu.
(3) Vzhledem k malé plastové deformaci ložiska se neuvažuje o nelinearitě materiálu. Předpokládá se, že válcovací prvky a vnitřní a vnější kroužky ložiska jsou vyrobeny z lineárních elastických materiálů. Vzhledem ke stejné kontaktní charakteristice mezi ložiskovými válci a závodníky, založené na konceptu kontaktní mechaniky a zvažování strukturálních a zatížení charakteristik válcovacích ložisek, lze pro celkovou analýzu simulace konvexity použít místní model kontaktu mezi válci a závody. Vzhledem k tomu, že kontaktní podmínka mezi dvěma koncemi válce je v souladu s odpovídající sekcí uprostřed válce, je stanoven pouze 1/2 model jediného válce a parametrizované modelování se používá k uložení mnoha opakovaných prací. Vybraný typ pevného prvku je trojrozměrný kosmický kontinuum Osm uzlu lineární zjednodušený kompozitní prvek a kontaktní metoda přijímá povrchový kontakt. Kontaktní prvky jsou 170 a 174 prvků. Divize sítě poblíž kontaktu okraje ve směru osy Z bude relativně jemná, zatímco divize sítě ve střední části bude relativně hrubé, jak je znázorněno na obrázku 2. To může ušetřit spoustu výpočtového času, aniž by to ovlivnilo přesnost výsledků výpočtu. Obrázek 1 ukazuje schematický diagram modifikovaného válcového ložiska válce a jeho zatížení.
Obrázek 1 Schematický diagram modifikovaného ložiska válcového válce a jeho zatížení
Omezení modelu a použití zátěže: (1) symetrická omezení na profilu. (2) Simulace udržovacího rámce: Částečné uzly na nekontaktním povrchu válcovacího prvku jsou vystaveny omezením posunu a tangenciální posuny UY a axiální UZ těchto uzlů jsou omezeny ve válcových souřadnicích. (3) Spojení stupňů volnosti vnitřního zátěžového povrchu kruhu: Všechny uzly na vnitřním prstencovém povrchu hřídele jsou spojeny s jejich radiálním UX a obvodovým stupněmi volnosti. (4) Simulace ložiskového sedadla: Vnější povrch vnějšího kroužku ložiska omezuje všechny své stupně volnosti. (5) Simulace přírub: boční omezení ložiskového kroužku a válců omezují jejich posun ve směru UZ. (6) Spojení posunů všech uzlů UX a UY na vnitřním povrchu vnitřního kroužku ve válcovém souřadném systému. (7) Naložte koncentrovanou sílu ve směru UY do karteziánského souřadnicového systému s bodem účinku na uzlu na vnitřním povrchu vnitřního kroužku. (8) Vytvořte komponenty pro válečky a navádějte na válce setrvačnou zátěž.
Obrázek 2 Schéma divize sítě geometrického modelu válce a vnitřní a vnější závody
Při řešení použijte vhodné časové kroky, nastavte kontaktní tuhost a propustnost na {{0}}. 3 a 0,001, a použijte výchozí hodnoty pro ostatní.
3. výsledky analýzy
Podle Hertzova vzorce je při stejném zatížení kontaktní napětí mezi válečkem a vnějším kroužkem válcového ložiska menší než kontaktní napětí mezi válcem a vnitřním kroužkem. Proto je porovnán a analyzován pouze kontakt mezi válcem a vnitřním kroužkem.
Za účelem stanovení optimální míry konvexity byla provedena rozsáhlá analýza konečných prvků, aby se porovnal účinek snížení koncentrace okrajového napětí a stanovil měřítko optimálního válečného konvexity. Zde zavedeme pouze výsledky analýzy konečných prvků několika reprezentativních konvexních opatření. Obrázek 3 ukazuje distribuční vzorec ekvivalentního napětí podél axiálního směru válce a obrázek 4 ukazuje distribuční vzorec ekvivalentního napětí podél axiálního směru vnitřního kroužku. Původ horizontální osy na obrázcích 3 a 4 je bodem ve střední části generátu válce a pravým koncem je bodem na konci generatrixe válce; A 1, 2, 3, 4, 5 a 6 představují konvexní ložiska metrických válečků odpovídajících číslům v tabulce 1. Tabulka 1 uvádí hlavní výsledky analýzy konečných prvků pro každou metriku konvexity. Když je metrika konvexity nulová, to znamená, že pro nepravované běžné ložisko s přímým válcem je míra redukce napětí v tabulce relativní k nepravovanému rovnému válci.
Obrázek 3 Distribuční zákon ekvivalentního stresu válce podél axiálního směru
Obrázek 4 Distribuční zákon ekvivalentního stresu podél axiálního směru ve vnitřním kruhu
Tabulka 1 Hlavní výsledky analýzy konečných prvků
Jak je znázorněno na obrázku 3, distribuční vzorec každé křivky podél axiálního směru válce je v podstatě podobný. Rozložení napětí uprostřed válce je relativně jednotné a napětí na konci válce se výrazně zvyšuje, což má za následek koncentraci hraničního napětí. Z hodnot napětí je prostřední napětí nedifikovaného válce s konvexitou 0 nejmenší ze všech křivek a napětí okraje na konci je největší, což naznačuje, že „efekt okraje“ je nejzávažnější. Napětí křivky 3 s konvexností 0. 0 45 je uprostřed válce o něco vyšší než u konvexity 0, ale stres na jeho okrajích je výrazně snížen. Distribuční vzorec jiných křivek je zcela podobný vzoru křivky 3.
Z obrázků 3 a 4 je vidět, že distribuční vzorec ekvivalentního napětí podél osy válce a vnitřního kroužku je v podstatě podobný, s koncentrací mezního napětí na okraji válce, zatímco distribuce napětí v jiných oblastech je relativně jemné a dochází k mírnému nárůstu na průsečíku přímky válce a modifikovaným ARC. Podle analýzy ekvivalentního stresu je nejlepší únosnost válce 0. 0 55mm. Obrázek 5 ukazuje mapu obrysu napětí s konvexností 0,055 mm. Rychlost redukce maximálního kontaktního napětí a maximálního ekvivalentního napětí vzhledem k nepravovanému válci v každém konvexním měření je uvedena v tabulce 1.
4. závěr
Stručně řečeno, z pohledu teoretické analýzy je optimální konvexity modifikovaného ložiska modifikovaného ve studovaném zatížení {0}}. 055mm. Proto, aby se snížila stupeň koncentrace okrajového napětí, měla by být konvexita vyrobena co nejblíže k 0,055 mm za podmínek přípustné zpracovatelské kapacity.
2025 3. června Týden doporučení produktu WBM:
Super dokončovací role:
Máme 30 let v oblasti navrhování a výroby zkušeností s ložisky válcovacími prvky a odvětví nástrojů s ISO9001 a IATF16949.Tooling pro stroj na studený nadpis, soustruh, Grinder bude vyráběn do vašeho požadavku.
