چکیده

انحراف تحدب غلتک ها تأثیر بسزایی در طول عمر غلتک های مخروطی دارد. از طریق تجزیه و تحلیل اجزای محدود، این مقاله تغییرات تنش تماس بین غلتک‌ها و مسیرهای حلقه داخلی و خارجی یاتاقان‌ها را هنگامی که مرکز تحدب غلتک‌های مخروطی به سمت هر دو طرف تحت شرایط بار معین منحرف می‌شود، مورد بحث قرار می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که مرکز تحدب غلتک‌های مخروطی می‌تواند به سمت انتهای بزرگ غلتک در محدوده مشخصی منحرف شود. در صورت تجاوز از این محدوده، اختلاف تنش شدید در هر دو انتهای غلتک رخ می دهد که منجر به خرابی زودرس یاتاقان می شود. علاوه بر این، مرکز تحدب غلطک ها نباید به سمت انتهای کوچک غلتک منحرف شود. برای بهبود طول عمر خستگی تماس یاتاقان ها، تعیین میزان تحدب مجاز غلتک ها ضروری است.

کلمات کلیدی: غلتک مخروطی; جبران تحدب؛ استرس تماسی؛ تحلیل المان محدود

1 مقدمه

یاطاقان غلتکی مخروطی دارای مزایای مقاومت در برابر بارهای محوری و شعاعی به طور همزمان، ظرفیت حمل بار بزرگ، اصطکاک غلتشی کوچک، استحکام بالا و نصب آسان است. آنها به طور گسترده در تجهیزات مکانیکی بزرگ مانند اتومبیل، راه آهن، ماشین آلات، معادن و متالورژی استفاده می شوند. خطای انحراف محدب در حین ماشینکاری غلتک های محدب لگاریتمی و خطای افست غلتکی در هنگام مونتاژ تأثیرات مهمی بر عملکرد و عمر آنها دارد. بنابراین تعیین محدوده خطای منطقی ضروری است.

تعیین انحراف تحدب برای طراحی و کاربرد رولبرینگ های مخروطی اهمیت راهنما دارد. مرجع از روش اجزای محدود برای تجزیه و تحلیل توزیع تنش غلتک‌های استوانه‌ای تحت شرایط بار معین استفاده می‌کند و با تحلیل افست غلتک، افست تحدب را در طول اصلاح غلطک‌های منحنی لگاریتمی کنترل می‌کند. مرجع فرمول محاسبه عمر قابل اجرا برای غلطک های اصلاح شده مختلف را تجزیه و تحلیل می کند، که نشان می دهد اصلاح منحنی لگاریتمی اهمیت خاصی برای بهبود عمر بلبرینگ دارد. در این مقاله، یاتاقان غلتکی مخروطی دو ردیفه 353112 به عنوان مثالی برای تجزیه و تحلیل اجزای محدود برای مطالعه محدوده معقول جابجایی تحدب آن و تأثیر آن بر توزیع تنش تماسی در نظر گرفته شده است.

2 مدل المان محدود غلتک مخروطی

2.1 افست تحدب غلتکی

طراحی و ماشینکاری غلتک های مخروطی عمدتاً الزامات ویژگی های سطح کار آنها، یعنی تحدب و سطح پایه کروی غلتک را در نظر می گیرد. برای غلتک‌های تحدب منحنی لگاریتمی، مقادیر مختلف تحدب در هر دو انتهای غلتک را می‌توان با حرکت کمی مرکز طول موثر غلتک به عنوان مبدأ مختصات به سمت انتهای بزرگ غلتک به دست آورد. نمودار شماتیک افست تحدب غلتک منحنی لگاریتمی در شکل 1 نشان داده شده است. خطای جابجایی تحدب یک غلتک مخروطی به جابجایی s بین نقطه متقارن روی غلتک منحنی لگاریتمی اصلاح شده و مبدا مختصات o اشاره دارد.

شکل 1: نمودار شماتیک جابجایی تحدب غلتک منحنی لگاریتمی

2.2 مدل سازی

نمودار شماتیک ساختاری یاتاقان غلتکی مخروطی دو ردیفه 353112 برای توپی چرخ کامیون در شکل 2 نشان داده شده است و پارامترهای ساختاری اصلی در جدول 1 فهرست شده اند.

شکل 2: نمودار شماتیک سازه غلتک مخروطی

جدول 1 پارامترهای ساختاری اصلی بلبرینگ

مواد یاتاقان GCr15 است، ضریب اصطکاک بین غلتک و سطوح داخلی و خارجی راه آهن 0.1، مدول الاستیک مواد 206 GPa و نسبت پواسون 0.3 است. حداکثر بار نرمال روی غلتک 7000 نیوتن است. با توجه به ساختار متقارن آن، فقط باید یک مدل المان محدود 1/2 ایجاد شود.

هنگام استقرار مدل با نرم افزار اجزای محدود، پخ ها و لبه هایی که تأثیر کمی بر تنش باربری دارند نادیده گرفته می شوند و اثرات فاصله محوری، فاصله شعاعی و لایه روغن روان کننده بر تنش تماس در نظر گرفته نمی شوند. نوع عنصر از یک عنصر 8 گره Solid185 با 3 درجه آزادی در هر گره استفاده می کند که می تواند برای شبیه سازی ساختارهای جامد همگن استفاده شود. پس از برش موقعیت های تماس بین راهروهای حلقه داخلی و خارجی و غلتک ها، اندازه کلی عنصر برای تقسیم مش نگاشت شده تنظیم می شود و روش تقسیم مش جاروب شده برای سایر قسمت ها اتخاذ می شود. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، حداقل عنصر مش در قسمت رمزگذاری شده کوچکتر از طول نیمه عرض تماس است.

شکل 3: مدل المان محدود

جفت های تماس با حلقه های داخلی و خارجی بلبرینگ به عنوان سطح هدف و سطح غلتک به عنوان سطح تماس با ضریب اصطکاک تماس 0.1 ایجاد می شوند. تنظیمات شرایط مرزی: محدودیت های متقارن برای هر بخش از یاتاقان اعمال می شود، سطح بیرونی حلقه بیرونی به دلیل تداخل با صندلی یاتاقان کاملاً محدود می شود و درجه آزادی محوری حلقه داخلی محدود می شود. هنگام بارگذاری، گره در مرکز تقارن حلقه داخلی به عنوان گره اصلی در نظر گرفته می شود، گره های مجاور به عنوان گره های برده انتخاب می شوند و سپس تمام گره های سطح داخلی حلقه داخلی با درجه آزادی y-جهت (شعاعی) جفت می شوند و بار بر روی گره اصلی اعمال می شود.

3 نتایج و تجزیه و تحلیل

بدون تعدیل تحدب، توزیع تنش در امتداد جهت ژنراتیکس غلتکی بین غلتک و مسیرهای رینگ داخلی و خارجی در شکل 4 نشان داده شده است. مشاهده می شود که حداکثر مقدار تنش بین غلتک و حلقه داخلی در موقعیت کمی سمت چپ مرکز غلتک قرار دارد. با این حال، حداکثر مقدار تنش بین غلتک مخروطی و حلقه بیرونی نزدیک به مرکز غلتک است و توزیع تنش متقارن و یکنواخت است.

شکل 4: تنش تماسی بین غلتک و حلقه های داخلی و خارجی بدون تغییر تحدب

هنگامی که مرکز تحدب غلتک 0.4 میلی متر به سمت انتهای بزرگ غلتک و 0.2 میلی متر به سمت انتهای کوچک غلتک منحرف می شود، توزیع تنش تماسی بین غلتک و راهروی حلقه داخلی در امتداد مولد غلتک در شکل 5 نشان داده شده است و تنش تماس به طور متقارن و یکنواخت توزیع نشده است.

شکل 5: تنش تماس بین غلتک و راهرو داخلی در هنگام مرکز تحدب جابجایی غلتک

هنگامی که مرکز تحدب غلتک به سمت هر دو انتها منحرف می شود، تغییرات تنش تماس بین هر دو انتهای غلتک و راهروی حلقه داخلی در شکل 6 نشان داده شده است. از شکل 6a می توان دریافت که در شرایط یکسان، با افزایش انحراف تحدب، تنش تماس در انتهای کوچک غلتک به تدریج کاهش می یابد، در حالی که تنش تماس در انتهای غلتک به تدریج کاهش می یابد. هنگامی که افست به بیش از 0.2 میلی متر افزایش می یابد، تفاوت در تنش تماس بین هر دو انتهای غلتک به سرعت افزایش می یابد. وضعیتی که مرکز تحدب به سمت انتهای کوچک غلتک منحرف می شود در شکل 6b نشان داده شده است. با افزایش افست، تفاوت در تنش تماس بین هر دو انتهای غلتک شروع به افزایش قابل توجهی می کند. مشاهده می شود که انحراف تحدب ژنراتیکس غلتکی منجر به عدم تقارن و عدم یکنواختی تنش تماس بین هر دو انتهای غلتک و راهرو می شود.

شکل 6: تأثیر تعدیل تحدب بر تنش تماس بین هر دو انتهای غلتک و راهرو داخلی

شکل 7 ارزیابی کمی از تأثیر جبران تحدب بر تنش تماس در هر دو انتهای غلتک است. با افزایش افست تحدب، تفاوت نسبی در تنش تماس بین هر دو انتهای غلتک به صورت غیر خطی افزایش می‌یابد. هنگامی که انحراف تحدب به سمت انتهای بزرگ بیشتر از 0.1 میلی متر است، اختلاف نسبی در تنش تماس بین هر دو انتهای غلتک به سرعت افزایش می یابد، که نشان می دهد که 0.1 میلی متر به سمت انتهای بزرگ یک نقطه عطف است. در این زمان، اختلاف نسبی بین دو سر غلتک حدود 20 درصد است که حداکثر خطای نسبی مجاز 25 درصد در مهندسی را برآورده می کند. با این حال، هنگامی که مرکز تحدب به سمت انتهای کوچک منحرف می شود، تفاوت نسبی در تنش تماس بین هر دو انتهای غلتک زیاد است و شرایط مهندسی را برآورده نمی کند. بنابراین، برای برآورده شدن یکنواختی و تقارن توزیع تنش غلتک مخروطی 353112، مرکز تحدب غلتک منحنی لگاریتمی باید با فاصله 0.1 میلی متر به سمت انتهای بزرگ کنترل شود و نباید به سمت انتهای کوچک منحرف شود.

شکل 7: رابطه بین افست مرکز تحدب و تفاوت تنش نسبی بین هر دو انتهای غلتک)

4 نتیجه گیری

هنگام اصلاح غلطک های منحنی لگاریتمی، افست مرکز تحدب غلتکی باید به شدت کنترل شود. در غیر این صورت، تنش تماسی عدم تقارن پیچیده را نشان خواهد داد. مرکز تحدب می تواند به طور متوسط ​​به سمت انتهای بزرگ منحرف شود. برای یاتاقان 353112، مرکز تحدب غلتک باید با فاصله 0.1 میلی متر به سمت انتهای بزرگ کنترل شود، و مرکز تحدب نباید به سمت انتهای کوچک غلتک منحرف شود.

20261 می توصیه محصول هفته WBM

Modler End Face Grinder Tools

Weichuang اکنون این توانایی را دارد که ابزار کامل را برای خط سنگ زنی غلتکی مخروطی Modler عرضه کند. ابزار ما به خوبی در آسیاب بدون مرکز مدلر مشتری و آسیاب صورت انتهایی مدلر نصب شده است. و به مشتری کمک کنید تا غلتک هایی با دقت بالا با هزینه کم تولید کند.