Sammanfattning: Kronningen av modifierad generatrixrulle av cylindriska rullager för höghastighets järnvägspassagerartränare har studerats med hjälp av den ändliga elementmetoden . Effekten av rullning på kontaktspänningen och motsvarande stress har analyserats, och den optimala krönningen har bestämts .}}}}}}}}}}}}}}}}
Nyckelord: lager för höghastighets järnvägspassagerare; krönning; kontaktstress
1. Förord
Rolling bearings are the most widely used type of mechanical components and also one of the most vulnerable components. In the field of rail transit, rolling bearings are one of the key components for the safe operation of railway locomotives and vehicles. The condition of their operation directly affects the safety of train operation, and their failure is related to the safety of transportation. High speed has become the main direction av järnvägsutvecklingsutveckling i Kina . Den maximala driftshastigheten för höghastighetståg i Kina kommer att nå 200 km/h . för närvarande har den maximala driftshastigheten för höghastighetståg i Tyskland, Frankrike, Japan och Spanien är inte mindre än 300 km/h, och den maximala driftshastigheten för höghastighetståg i Tyskland, Frankrike, Japan och Spanien är inte mindre än 300 km/h, och den maximala driftshastigheten för höghastighetståg i High-High-tråget 350) With the continuous improvement of the operating speed of railway passenger cars, high-performance high-speed passenger car bearings will be widely used, and high-speed railway passenger car bearings have become one of the key factors affecting the speed increase of railway passenger cars. Due to various factors such as design and development capabilities and manufacturing levels, the NJ (P) 3226X1 passenger car bearings produced domestically are currently only suitable for Fordon som arbetar med hastigheter under 160 km/h, vilket begränsar den normala utvecklingen av den inhemska höghastighets järnvägsbilindustrin för hög hastighet . För närvarande har höghastighets järnvägsbilar i Kina som arbetar med hastigheter över 200 km/h all användning importerade matchningslager . för att tillgodose behoven av stora hastighet hastighet med järnvägsbilar, det har blivit urbörda i importerade matchande lager . för att tillgodose behoven av stora hastighet hastighet med järnvägsfilm, det har blivit urbörda i importerade matchande lager . för att tillgodose behoven av stora hastighet hastighet med järnvägsbilar, det har blivit urgott i importerar {; lager med en hastighet på 200-250 km/h för att ersätta import .
At present, the service life of cylindrical roller bearings in China is only equivalent to 1/12 to 1/8 of similar products in developed countries, and the failure rate of rollers accounts for 80% and 34.5% respectively at home and abroad. One of the main reasons is that most domestically designed rollers do not have convexity, resulting in a singular distribution of edge pressure at both ends of the roller during operation (i.e. edge effect), causing premature fatigue wear and failure at both ends of the roller. The application of convexity technology is an effective measure to change this phenomenon. Both theory and practice have shown that the geometric characteristics of the roller surface, or the type of its generatrix, have a decisive impact on its load-bearing capacity and contact fatigue life. The application of convexity technology can effectively improve the pressure distribution in the rolling contact area, reduce or eliminate pressure concentration at the edge of the roller, reduce temperature rise, and facilitate the formation of elastic fluid lubrication, thereby reducing the vibration and noise of the bearing and improving its service life. Universal bearings adopt a new structure and optimize internal design Samtidigt som de upprätthåller samma externa dimensioner, som kan öka de nominella dynamiska och statiska belastningarna på lagren, förbättra deras livslängd och dynamiska prestanda.
Due to the increasing complexity of roller modification design, the computational load of corresponding convexity stress analysis has also sharply increased. Traditional calculation methods are no longer suitable for modern design requirements, and the contact analysis between rollers and raceways is a non static problem. It is difficult to solve the size, stress, strain, and stress and strain distribution of the contact area between rollers and raceways using Hertz Teori . Därför är det nödvändigt att anta moderna designmetoder för att analysera och lösa dessa problem, och ändlig elementteknologi är utan tvekan en ekonomiskt effektiv metod .
Taking cylindrical roller bearings with circular arcs at both ends of a straight line used in high-speed trains as the research object, a simplified model was established using ANSYS simulation software, and the contact analysis method was used to quantitatively analyze the convexity of the bearing rollers. The optimal convexity of the rollers under corresponding working conditions was obtained, providing a basis for improving the contact condition between the rollers and the Raceway och förbättring av lagerkapaciteten .
2. Finite elementmodell och simuleringsanalysprocess
The bearing is a double row cylindrical roller bearing with an inner diameter of 130mm, an outer diameter of 240mm, a roller diameter of 30mm, and a roller length of 48mm. The load is 138kN and the speed is 2100r/min. The elastic modulus and Poisson's ratio of the analyzed rollers and rings are 212 000 MPA respektive 0,3, med en materialdensitet på 7850 kg/m 3. Baserat på egenskaperna hos rullande lagring, är de grundläggande antagandena i simuleringsprocessen följande:
(1) På grund av den försumbara påverkan av kameror och kanter på den inre spänningsfördelningen av lager, inkluderar den fasta modellen inte avfamningar och kanter .
(2) Med tanke på effekterna av radiell clearance, axiell clearance och oljefilm .
(3) Due to the small plastic deformation of the bearing, material nonlinearity is not considered. It is assumed that the rolling elements and inner and outer rings of the bearing are made of linear elastic materials. Due to the identical contact characteristics between the bearing rollers and raceways, based on the concept of contact mechanics and considering the structural and load characteristics of rolling bearings, a local model of the contact between the rollers and raceways can be used for overall convexity simulation analysis. Due to the fact that the contact condition between the two ends of the roller is consistent with the corresponding section in the middle of the roller, only a 1/2 model of a single roller is established, and parameterized modeling is used to save a lot of repetitive work. The solid element type selected is a three-dimensional space continuum eight node linear simplified composite element, and the contact method adopts surface contact. The contact elements are 170 and 174 elements, respectively. The mesh division near the edge contact in the z-axis direction will be relatively fine, while the mesh division in the middle part will be relatively coarse, as shown in Figure 2. This can save a lot of calculation time without affecting Noggrannheten för beräkningsresultaten . Figur 1 visar det schematiska diagrammet för det modifierade cylindriska rullageret och dess belastning .
Figur 1 Schematiskt diagram över modifierat cylindriskt rullager och dess belastning
Constraints on the model and application of loads: (1) Symmetrical constraints on the profile. (2) Simulation of retaining frame: Partial nodes on the non-contact surface of the rolling element are subjected to displacement constraints, and the tangential UY and axial UZ displacements of these nodes are constrained in cylindrical coordinates. (3) Coupling degrees of freedom of the inner ring load surface: All nodes on the inner ring surface of the shaft are coupled with their radial UX and circumferential UY degrees of freedom. (4) Simulation of bearing seat: The outer surface of the bearing outer ring constrains all its degrees of freedom. (5) Simulation of flanges: The lateral constraints of the bearing ring and rollers Begränsa deras förskjutning i UZ -riktningen . (6) Komma förskjutningar av alla noder UX och UY på den inre ytan av den inre ringen i ett cylindriskt koordinatsystem . (7) Ladda en koncentrerad kraft i Uy -riktningen i det kartesiska koordinatet, med punkten vid den nodiska ytan) (7) Ladda en koncentrerad kraft i Uy -riktningen i det kartesiska koordinatet, med punkten vid den nodiska ytan) (7) Ladda en koncentrerad kraft i Uy -riktningen i det kartesiska koordinat Skapa komponenter för rullar och applicera tröghetsbelastningar på rullarna .
Figur 2 Mesh Division Diagram över den geometriska modellen för rullen och inre och yttre raceway
När du löser, använd lämpliga tidssteg, ställ in kontaktstyvhet och permeabilitet till 0 . 3 respektive 0,001 och använd standardvärden för andra.
3. Analysresultat
Enligt Hertzs formel, under samma belastning, är kontaktspänningen mellan rullen och den yttre ringen på ett cylindriskt rullager mindre än kontaktspänningen mellan rullen och den inre ringen . Därför jämförs bara kontakten mellan rullen och den inre ringen och analyseras .}
In order to determine the optimal convexity measure, extensive finite element analysis was conducted to compare the effect of reducing boundary stress concentration and determine the optimal roller convexity measure. Here we will only introduce the finite element analysis results of a few representative convex measures. Figure 3 shows the distribution pattern of equivalent stress along the axial direction of the roller, and Figure 4 shows the distribution pattern of Motsvarande spänning längs den inre ringens axiella riktning . Ursprunget till den horisontella axeln i figurerna 3 och 4 är punkten på mittdelen av rullgeneratrix, och den högra änden är punkten på slutet av rullgeneratrixen; And 1, 2, 3, 4, 5, and 6 respectively represent the convex metric roller bearings corresponding to the numbers in Table 1. Table 1 lists the main results of finite element analysis for each convexity metric. When the convexity metric is zero, that is, for a non modified ordinary straight line roller bearing, the stress reduction rates in the table are relative to the non modified straight line Roller .
Figur 3 Distributionslag i motsvarande stress av rullen längs den axiella riktningen
Figur 4 Distributionslagen med motsvarande stress längs den axiella riktningen i den inre ringen
Tabell 1 Huvudresultaten för ändlig elementanalys
As shown in Figure 3, the distribution pattern of each curve along the axial direction of the roller is basically similar. The stress distribution in the middle of the roller is relatively uniform, and the stress at the end of the roller increases significantly, resulting in boundary stress concentration. From the stress values, the middle stress of the non modified roller with a convexity of 0 is the smallest among Alla kurvor och kantspänningen i slutet är den största, vilket indikerar att "kanteffekten" är den mest allvarliga . stressen i kurvan 3 med en konvexitet av 0. 045 är något högre i mitten av rullen än den med en konvexitet med 0, men menggesen med dess spänning. Fördelningsmönstret för andra kurvor är helt lik den för kurvan 3.
From Figures 3 and 4, it can be seen that the distribution pattern of equivalent stress along the axis of the roller and inner ring is basically similar, with boundary stress concentration occurring at the edge of the roller, while stress distribution in other areas is relatively gentle, and there is a slight rise at the intersection of the roller straight line and the modified arc. According to the analysis of equivalent stress, the best bearing capacity of the roller is 0 . 055mm . Figur 5 visar stresskonturkarta över rullen med en konvexitet på 0,055 mm. Reduktionshastigheten för den maximala kontaktspänningen och maximal ekvivalentspänning relativt den icke -modifierade rullen vid varje konvexmätning visas i tabell 1.
4. Slutsats
Sammanfattningsvis, från ett teoretiskt analysperspektiv, är den optimala modifieringskonvexiteten för det modifierade rullageret under den studerade belastningen 0 . 055mm . Därför för att minska graden av gränsspänningskoncentration, bör konvexiteten göras som nära 0,05 mm som möjligt under förutsättningar.
2025 3 juni Vecka WBM Produktrekommendation:
Super Finish Roll:
Vi har 30 år i att utforma och producera erfarenhet inom lager rullande element och verktygsindustri med ISO9001 och IATF 16949. verktyg för kallhuvudmaskin, svarv, kvarn kommer att produceras enligt ditt krav .}
