Abstrakt

Konveksitetsforskydningen af ​​ruller har en betydelig effekt på levetiden af ​​koniske rullelejer. Gennem finite element-analyse diskuterer dette papir ændringerne i kontaktspænding mellem ruller og de indre og ydre ringløbebaner i lejer, når konveksitetscentret af koniske ruller forskydes mod begge ender under visse belastningsforhold. Resultaterne viser, at konveksitetscentret af koniske valser kan forskydes mod den store ende af valsen inden for et bestemt område; hvis dette interval overskrides, vil der opstå en alvorlig spændingsforskel i begge ender af rullen, hvilket fører til for tidlig lejefejl. Desuden bør konveksitetscentret af valser ikke forskydes mod den lille ende af valsen. For at forbedre lejernes kontaktudmattelseslevetid er det nødvendigt at bestemme den tilladte konveksitetsforskydning af ruller.

Nøgleord: konisk rulleleje; konveksitet offset; kontakt stress; finite element analyse

1 Indledning

Koniske rullelejer har fordelene ved at modstå både aksiale og radiale belastninger samtidigt, stor belastnings-bæreevne, lille rullefriktion, høj stivhed og nem installation. De er meget brugt i stort mekanisk udstyr såsom biler, jernbaner, værktøjsmaskiner, miner og metallurgi. Konveksitetsforskydningsfejlen under bearbejdning af logaritmiske konveksitetsvalser og valseforskydningsfejlen under montering har vigtige indvirkninger på deres serviceydelse og levetid. Derfor er det nødvendigt at bestemme et rimeligt fejlområde.

Bestemmelsen af ​​konveksitetsforskydningen har vejledende betydning for design og anvendelse af koniske rullelejer. Reference bruger finite element-metoden til at analysere spændingsfordelingen af ​​cylindriske rullelejer under visse belastningsforhold og giver konveksitetsforskydningen, der skal kontrolleres under modifikationen af ​​logaritmiske kurvevalser ved at analysere rulleforskydningen. Reference analyserer den levetidsberegningsformel, der gælder for forskellige modificerede valser, hvilket indikerer, at logaritmisk kurvemodifikation har en vis betydning for at forbedre lejelevetiden. I dette papir er det dobbelte-rækkede koniske rulleleje 353112 taget som et eksempel på finite element-analyse for at studere det rimelige område af dets konveksitetsforskydning og dets indflydelse på fordelingen af ​​kontaktspænding.

2 Finite Element Model af koniske rullelejer

2.1 Rullekonveksitetsforskydning

Udformningen og bearbejdningen af ​​koniske valser tager hovedsageligt hensyn til kravene til deres arbejdsfladekarakteristika, dvs. valsens konveksitet og sfæriske basisflade. For logaritmiske kurvekonveksitetsvalser kan forskellige konveksitetsmængder i begge ender af rullen opnås ved let at flytte valsens effektive længdecentrum som koordinatudgangspunktet mod den store ende af rullen. Det skematiske diagram over konveksitetsforskydningen af ​​den logaritmiske kurverulle er vist i figur 1. Konveksitetsforskydningsfejlen for en tilspidset valse refererer til forskydningen s mellem det symmetriske punkt på den modificerede logaritmiske kurverulle og koordinatorigin o.

Figur 1: Skematisk diagram af konveksitetsforskydning af logaritmisk kurverulle

2.2 Modellering

Det strukturelle skematiske diagram af det dobbelte-rækkede koniske rulleleje 353112 til lastbilens hjulnav er vist i figur 2, og de vigtigste strukturelle parametre er angivet i tabel 1.

Figur 2: Skematisk diagram af konisk rullelejestruktur

Tabel 1 Hovedstrukturelle parametre for lejet

Lejematerialet er GCr15, kontaktfriktionskoefficienten mellem rullen og de indre og ydre løbebaneoverflader er 0,1, materialets elasticitetsmodul er 206 GPa, og Poissons forhold er 0,3. Den maksimale normale belastning på valsen er 7.000 N. På grund af dens symmetriske struktur skal der kun etableres en 1/2 finite element model.

Ved etablering af modellen med finite element software ignoreres affasninger og kanter, der har ringe indflydelse på lejespændingen, og virkningerne af aksial spillerum, radial spillerum og smøreoliefilm på kontaktspænding tages ikke i betragtning. Elementtypen anvender et 8-node Solid185-element med 3 frihedsgrader pr. node, som kan bruges til at simulere homogene faste strukturer. Efter at have skåret kontaktpositionerne mellem de indre og ydre ringløbebaner og valserne, indstilles den samlede elementstørrelse for kortlagt maskedeling, og metoden med fejet maskedeling anvendes til andre dele. Minimumsmaskeelementet ved den krypterede del er mindre end kontaktens halvbredde, som vist i figur 3.

Figur 3: Finite Element Model

Kontaktpar skabes med lejets indre og ydre ringe som målflade og rullefladen som kontaktflade, med en kontaktfriktionskoefficient på 0,1. Indstillinger for grænsebetingelser: Symmetriske begrænsninger påføres hver sektion af lejet, den ydre overflade af den ydre ring er fuldstændigt begrænset på grund af interferenspasning med lejesædet, og den aksiale frihedsgrad af den indre ring er begrænset. Ved indlæsning tages knudepunktet i symmetricentret af den indre ring som masterknudepunktet, tilstødende knudepunkter vælges som slaveknudepunkter, og derefter kobles alle knudepunkter på indersiden af ​​den indre ring med y-retningens (radial) frihedsgrad, og belastningen påføres masterknuden.

3 Resultater og analyse

Uden konveksitetsforskydning er spændingsfordelingen langs rullens generatrix-retning mellem rullen og de indre og ydre ringsbaner vist i figur 4. Det kan ses, at den maksimale spændingsværdi mellem rullen og den indre ring er placeret i positionen lidt til venstre for valsens centrum. Imidlertid er den maksimale spændingsværdi mellem den tilspidsede rulle og den ydre ring tæt på rullens centrum, og spændingsfordelingen er symmetrisk og ensartet.

Figur 4: Kontaktspænding mellem rulle og indre og ydre ringe uden konveksitetsforskydning

Når valsens konveksitetscentrum forskyder sig 0,4 mm mod den store ende af valsen og 0,2 mm mod den lille ende af valsen, er fordelingen af ​​kontaktspænding mellem valsen og den indvendige ringløbebane langs rullegeneratrixen vist i figur 5, og kontaktspændingen er ikke symmetrisk og ensartet fordelt.

Figur 5: Kontaktspænding mellem rulle og indre løbebane, når konveksitetens centrum af rullen forskydes

Når valsens konveksitetscenter forskydes mod begge ender, er ændringerne i kontaktspændingen mellem begge ender af valsen og den indre ringløbebane vist i figur 6. Det kan ses af figur 6a, at under de samme betingelser, efterhånden som konveksitetsforskydningen øges, aftager kontaktspændingen i den lille ende af valsen gradvist i den store ende, mens kontaktspændingen af ​​rullen gradvist øges i den store ende. Når forskydningen stiger til mere end 0,2 mm, øges forskellen i kontaktspænding mellem begge ender af rullen hurtigt. Situationen, hvor konveksitetscentret forskydes mod den lille ende af rullen, er vist i figur 6b. Efterhånden som forskydningen stiger, begynder forskellen i kontaktspænding mellem begge ender af rullen at stige betydeligt. Det kan ses, at konveksitetsforskydningen af ​​rullegeneratricen vil føre til asymmetri og uensartet kontaktspænding mellem begge ender af rullen og løbebanen.

Figur 6: Indflydelse af konveksitetsforskydning på kontaktspænding mellem begge ender af rulle og indre løbebane

Figur 7 er en kvantitativ vurdering af indflydelsen af ​​konveksitetsforskydning på kontaktspænding i begge ender af valsen. Når konveksitetsforskydningen øges, øges den relative forskel i kontaktspænding mellem begge ender af rullen ikke-lineært. Når konveksitetsforskydningen mod den store ende er større end 0,1 mm, øges den relative forskel i kontaktspænding mellem begge ender af rullen hurtigt, hvilket indikerer, at 0,1 mm forskydning mod den store ende er et vendepunkt. På dette tidspunkt er den relative forskel mellem begge ender af rullen omkring 20 %, hvilket opfylder den maksimalt tilladte relative fejl på 25 % i teknik. Men når konveksitetscentret forskydes mod den lille ende, er den relative forskel i kontaktspænding mellem begge ender af valsen stor og opfylder ikke tekniske betingelser. For at imødekomme ensartetheden og symmetrien af ​​spændingsfordelingen af ​​det koniske rulleleje 353112, bør konveksitetscentret af den logaritmiske kurvevalse kontrolleres inden for 0,1 mm forskydning mod den store ende og bør ikke forskydes mod den lille ende.

Figur 7: Forholdet mellem konveksitetscenterforskydning og relativ stressforskel mellem begge ender af rullen)

4 Konklusion

Ved ændring af logaritmiske kurvevalser skal forskydningen af ​​rullens konveksitetscenter kontrolleres strengt; ellers vil kontaktspændingen udvise kompleks asymmetri. Konveksitetscentret kan forskydes moderat mod den store ende. For lejet 353112 skal valsens konveksitetscenter styres inden for 0,1 mm forskudt mod den store ende, og konveksitetscentret bør ikke forskydes mod valsens lille ende.

20261. maj Uge WBM-produktanbefaling

Modler endefladesliberværktøj

Weichuang har nu mulighed for at levere komplet sæt værktøj til Modler koniske rulleslibelinje. Vores værktøj er godt monteret i kundens modler centerløs slibemaskine og modler endefladesliber. Og hjælpe kunden med at producere højpræcisionsruller til lave omkostninger.