Abstrakt

Konveksitetsforskyvningen til ruller har en betydelig effekt på levetiden til koniske rullelagre. Gjennom finite element-analyse diskuterer denne artikkelen endringene i kontaktspenning mellom valser og de indre og ytre ringene til lagrene når konveksitetssenteret til konvekse valser forskyves mot begge ender under visse belastningsforhold. Resultatene viser at konveksitetssenteret til koniske valser kan forskyves mot den store enden av valsen innenfor et visst område; hvis dette området overskrides, vil det oppstå en alvorlig spenningsforskjell i begge ender av valsen, noe som fører til for tidlig lagersvikt. Videre bør konveksitetssenteret til valsene ikke forskyves mot den lille enden av valsen. For å forbedre kontaktutmattelseslevetiden til lagre, er det nødvendig å bestemme den tillatte konveksitetsforskyvningen til ruller.

Stikkord: konisk rullelager; konveksitet offset; kontaktstress; finite element analyse

1 Introduksjon

Koniske rullelagre har fordelene ved å tåle både aksiale og radielle belastninger samtidig, stor last-bærekapasitet, liten rullefriksjon, høy stivhet og enkel installasjon. De er mye brukt i stort mekanisk utstyr som biler, jernbaner, maskinverktøy, gruver og metallurgi. Konveksitetsforskyvningsfeilen under maskinering av logaritmiske konveksitetsvalser og valseforskyvningsfeilen under montering har viktig innvirkning på deres serviceytelse og levetid. Derfor er det nødvendig å bestemme et rimelig feilområde.

Bestemmelsen av konveksitetsforskyvningen har veiledende betydning for utformingen og påføringen av koniske rullelagre. Reference bruker finite element-metoden for å analysere spenningsfordelingen til sylindriske rullelagre under visse belastningsforhold, og gir konveksitetsforskyvningen som skal kontrolleres under modifikasjonen av logaritmiske kurvevalser ved å analysere rulleforskyvningen. Referanse analyserer levetidsberegningsformelen som gjelder for forskjellige modifiserte valser, og indikerer at logaritmisk kurvemodifikasjon har en viss betydning for å forbedre lagerlevetiden. I denne artikkelen er det dobbeltrader- koniske rullelageret 353112 tatt som et eksempel for finite element-analyse for å studere det rimelige området for konveksitetsforskyvningen og dets innflytelse på fordelingen av kontaktspenning.

2 Finite Element-modell av koniske rullelager

2.1 Rullekonveksitetsforskyvning

Utformingen og bearbeidingen av koniske ruller tar hovedsakelig hensyn til kravene til deres arbeidsflateegenskaper, dvs. rullens konveksitet og sfæriske bunnflate. For konveksitetsruller med logaritmisk kurve, kan forskjellige konveksitetsmengder i begge ender av valsen oppnås ved å flytte det effektive lengdesenteret til valsen som koordinatopprinnelse litt mot den store enden av valsen. Det skjematiske diagrammet over konveksitetsforskyvningen til den logaritmiske kurverullen er vist i figur 1. Konveksitetsoffsetfeilen til en konveksvalse refererer til forskyvningen s mellom det symmetriske punktet på den modifiserte logaritmiske kurverullen og koordinatorigo o.

Figur 1: Skjematisk diagram av konveksitetsforskyvning av logaritmisk kurverulle

2.2 Modellering

Det strukturelle skjematiske diagrammet av det dobbelte-rad koniske rullelageret 353112 for hjulnav for lastebiler er vist i figur 2, og de viktigste strukturelle parameterne er oppført i tabell 1.

Figur 2: Skjematisk diagram av konisk rullelagerstruktur

Tabell 1 Hovedstrukturelle parametere for lageret

Lagermaterialet er GCr15, kontaktfriksjonskoeffisienten mellom valsen og de indre og ytre løpebanene er 0,1, elastisitetsmodulen til materialet er 206 GPa, og Poissons forhold er 0,3. Maksimal normal belastning på valsen er 7 000 N. På grunn av dens symmetriske struktur er det kun nødvendig å etablere en 1/2 finite element modell.

Ved etablering av modellen med finite element-programvare ignoreres faser og kanter som har liten innflytelse på lagerspenning, og effekten av aksialklaring, radiell klaring og smøreoljefilm på kontaktspenning blir ikke vurdert. Elementtypen tar i bruk et 8-node Solid185-element, med 3 frihetsgrader per node, som kan brukes til å simulere homogene solide strukturer. Etter å ha kuttet kontaktposisjonene mellom de indre og ytre ringløpene og valsene, settes den totale elementstørrelsen for kartlagt maskedeling, og metoden for feid maskedeling brukes for andre deler. Minimumsmaskeelementet ved den krypterte delen er mindre enn kontaktens halvbredde, som vist i figur 3.

Figur 3: Finite Element Model

Kontaktpar skapes med de indre og ytre ringene på lageret som målflate og rulleflaten som kontaktflate, med en kontaktfriksjonskoeffisient på 0,1. Innstillinger for grenseforhold: Symmetriske begrensninger påføres hver seksjon av lageret, den ytre overflaten av den ytre ringen er fullstendig begrenset på grunn av interferenspasning med lagersetet, og den aksiale frihetsgraden til den indre ringen er begrenset. Ved lasting tas noden ved symmetrisenteret til den indre ringen som masternoden, tilstøtende noder velges som slavenoder, og deretter kobles alle noder på den indre overflaten til den indre ringen med y-retningen (radial) frihetsgrad, og belastningen påføres masternoden.

3 Resultater og analyse

Uten konveksitetsforskyvning er spenningsfordelingen langs rullens generatriseretning mellom valsen og de indre og ytre ringene vist i figur 4. Det kan sees at den maksimale spenningsverdien mellom valsen og den indre ringen er plassert i posisjonen litt til venstre for valsens sentrum. Imidlertid er den maksimale spenningsverdien mellom den koniske valsen og den ytre ringen nær valsens sentrum, og spenningsfordelingen er symmetrisk og jevn.

Figur 4: Kontaktspenning mellom rulle og indre og ytre ringer uten konveksitetsforskyvning

Når konveksitetssenteret til valsen forskyves 0,4 mm mot den store enden av valsen og 0,2 mm mot den lille enden av valsen, er fordelingen av kontaktspenning mellom valsen og den indre ringløpet langs valsens generatrise vist i figur 5, og kontaktspenningen er ikke symmetrisk og jevnt fordelt.

Figur 5: Kontaktspenning mellom rulle og indre løpebane når konveksitetssenter for rulleforskyvninger

Når konveksitetssenteret til valsen forskyves mot begge ender, er endringene i kontaktspenningen mellom begge ender av valsen og den indre ringløpet vist i figur 6. Det kan sees fra figur 6a at under de samme forholdene, ettersom konveksitetsforskyvningen øker, vil kontaktspenningen i den lille enden av valsen gradvis avta i den store enden, mens kontaktspenningen av rullen øker gradvis. Når forskyvningen øker til mer enn 0,2 mm, øker forskjellen i kontaktspenning mellom begge ender av valsen raskt. Situasjonen hvor konveksitetssenteret forskyves mot den lille enden av valsen er vist i figur 6b. Når forskyvningen øker, begynner forskjellen i kontaktspenning mellom begge ender av valsen å øke betydelig. Det kan sees at konveksitetsforskyvningen til rullegeneratrisen vil føre til asymmetri og uensartet kontaktspenning mellom begge ender av rullen og løpebanen.

Figur 6: Påvirkning av konveksitetsforskyvning på kontaktspenning mellom begge ender av rulle og indre løpebane

Figur 7 er en kvantitativ vurdering av påvirkningen av konveksitetsforskyvning på kontaktspenning i begge ender av valsen. Når konveksitetsforskyvningen øker, øker den relative forskjellen i kontaktspenning mellom begge ender av rullen ikke-lineært. Når konveksitetsforskyvningen mot den store enden er større enn 0,1 mm, øker den relative forskjellen i kontaktspenning mellom begge ender av valsen raskt, noe som indikerer at 0,1 mm forskyvning mot den store enden er et vendepunkt. På dette tidspunktet er den relative forskjellen mellom begge ender av valsen omtrent 20 %, som oppfyller den maksimalt tillatte relative feilen på 25 % i engineering. Imidlertid, når konveksitetssenteret forskyves mot den lille enden, er den relative forskjellen i kontaktspenning mellom begge ender av valsen stor og oppfyller ikke tekniske betingelser. Derfor, for å møte jevnheten og symmetrien i spenningsfordelingen til det konvekse rullelageret 353112, bør konveksitetssenteret til den logaritmiske kurverullen kontrolleres innenfor 0,1 mm forskyvning mot den store enden, og bør ikke forskyves mot den lille enden.

Figur 7: Forholdet mellom konveksitetssenterforskyvning og relativ spenningsforskjell mellom begge ender av rullen)

4 Konklusjon

Når du modifiserer logaritmiske kurvevalser, bør forskyvningen av rullens konveksitetssenter kontrolleres strengt; ellers vil kontaktspenningen vise kompleks asymmetri. Konveksitetssenteret kan forskyves moderat mot den store enden. For 353112-lageret bør konveksitetssenteret til valsen kontrolleres innen 0,1 mm forskyvning mot den store enden, og konveksitetssenteret skal ikke forskyves mot den lille enden av valsen.

20261. mai Uke WBM-produktanbefaling

Modler endesliperverktøy

Weichuang har nå muligheten til å levere komplett verktøy for Modler konisk rulleslipelinje. Vårt verktøy er godt tilpasset i kundens modler senterløs sliper og modler endesliper. Og hjelpe kunden med å produsere høypresisjonsruller til lave kostnader.