Sažetak: Kruniranje modificiranog koluta generala cilindričnih valjka za trener putnika velike brzine proučavano je uz pomoć metode konačnih elemenata. Analiziran je učinak kruniranja valjka na kontaktni stres i ekvivalentni stres, a određeno je optimalno kruniranje.
Ključne riječi: ležajevi za brze željezničke putničke trenera; krunidba; kontaktirati stres
1. Predgovor
Valjani ležajevi su najčešće korištena vrsta mehaničkih komponenti, a također je i jedna od najugroženijih komponenti. U polju željezničkog tranzita, valjani ležajevi jedna su od ključnih komponenti za siguran rad željezničkih lokomotiva i vozila. Stanje njihovog rada izravno utječe na sigurnost rada vlaka, a njihov neuspjeh povezan je sa sigurnošću prijevoza. Velika brzina postala je glavni smjer razvoja željezničkog prijevoza putnika u Kini. Maksimalna radna brzina putničkih vlakova u Kini doseći će 200 km\/h. Trenutno je maksimalna radna brzina vlakova brzih brzina u Njemačkoj, Francuskoj, Japanu i Španjolskoj ne manja od 300 km\/h, a maksimalna radna brzina vlakova brzih brzina dosegla je 350 km\/h. Uz kontinuirano poboljšanje radne brzine željezničkih putničkih automobila, široko će se koristiti ležajevi automobila s velikim brzinama, a velike brzine željezničkih putničkih automobila postali će jedan od ključnih čimbenika koji utječu na povećanje brzine željezničkih putničkih automobila. Zbog različitih čimbenika kao što su dizajnerske i razvojne mogućnosti i razine proizvodnje, L (P) 3226x1 ležajevi putničkih automobila proizvedeni u zemlji trenutno su pogodni samo za vozila koja rade na brzini ispod 160 km\/h, što ozbiljno ograničava uobičajeni razvoj domaće industrije automobila visoke željeznice. Trenutno su brzi željeznički putnički automobili u Kini koji djeluju brzinama iznad 200 km\/h, svi koriste uvezene podudarne ležajeve. Kako bi se zadovoljile potrebe povećanja brzine željezničkih putnika, postalo je hitno provesti posebna istraživanja o brzim vozilima željezničkih putničkih automobila s brzinom od 200-250 km\/h kako bi se zamijenili uvoz.
Trenutno je radni vijek cilindričnih valjka u Kini ekvivalentan samo 1\/12 do 1\/8 sličnih proizvoda u razvijenim zemljama, a stopa neuspjeha valjka čini 80%, odnosno 34,5% u zemlji i inozemstvu. Jedan od glavnih razloga je taj što većini domaćih dizajniranih valjaka nema konveksnost, što rezultira jedinstvenom raspodjelom rubnog tlaka na oba kraja valjka tijekom rada (tj. Efekt ruba), uzrokujući prerano habanje i kvar na oba kraja valjka. Primjena tehnologije konveksnosti učinkovita je mjera za promjenu ovog fenomena. I teorija i praksa pokazali su da geometrijske karakteristike površine valjka ili vrste njene generacije imaju odlučujući utjecaj na njezin nosiv kapacitet i život u zamoru. Primjena tehnologije konveksnosti može učinkovito poboljšati raspodjelu tlaka u kontaktnom području kotrljanja, smanjiti ili ukloniti koncentraciju tlaka na rubu valjka, smanjiti porast temperature i olakšati stvaranje podmazivanja elastične tekućine, čime će smanjiti vibracije i buku nosača i poboljšati servisni vijek trajanja. Univerzalni ležajevi usvajaju novu strukturu i optimiziraju unutarnji dizajn uz održavanje istih vanjskih dimenzija, što može značajno povećati nazivni dinamično i statičko opterećenje ležajeva, poboljšati njihov radni vijek i dinamičke performanse.
Zbog sve veće složenosti dizajna modifikacije valjka, računalno opterećenje odgovarajuće analize konveksnog stresa također se naglo povećalo. Tradicionalne metode izračuna više nisu prikladne za moderne zahtjeve za dizajnom, a kontaktna analiza između valjaka i trkačkih staza je ne -statički problem. Teško je riješiti veličinu, stres, naprezanje i raspodjelu naprezanja i naprezanja kontaktnog područja između valjka i trkačkih staza pomoću Hertz teorije. Stoga je potrebno usvojiti moderne metode dizajna za analizu i rješavanje ovih problema, a tehnologija konačnih elemenata nesumnjivo je ekonomski učinkovita metoda.
Uzimajući cilindrične valjke s kružnim lukovima na oba kraja ravne linije koji se koriste u vlakovima velike brzine kao istraživački objekt, uspostavljen je pojednostavljeni model pomoću softvera za simulaciju ANSYS, a metoda analize kontakta korištena je za kvantitativno analizu konveksnosti ležajnih valjka. Dobila se optimalna konveksnost valjka u odgovarajućim radnim uvjetima, pružajući osnovu za poboljšanje kontaktnog stanja između valjka i trkača i poboljšanje nosivosti.
2. postupak modela konačnih elemenata i simulacijske analize
Ležaj je dvostruki redak cilindrični valjak s unutarnjim promjerom od 13 0 mm, vanjski promjer od 240 mm, promjer valjka od 30 mm i duljina valjka od 48 mm. Opterećenje je 138kn, a brzina 2100R\/min. Elastični modul i Poissonov omjer analiziranih valjka i prstenova su 212 000 MPA i 0,3, s gustoćom materijala od 7850 kg\/m3. Na temelju karakteristika pokreta valjanog ležaja, osnovne pretpostavke u postupku simulacije su sljedeće:
(1) Zbog zanemarivog utjecaja komora i rubova na unutarnju raspodjelu napona ležajeva, čvrsti model ne uključuje komore i rubove.
(2) Ne uzimajući u obzir učinke radijalnog klirensa, aksijalnog klirensa i naftnog filma.
(3) Zbog male plastične deformacije ležaja, materijalna nelinearnost se ne uzima u obzir. Pretpostavlja se da su valjani elementi i unutarnji i vanjski prstenovi ležaja izrađeni od linearnih elastičnih materijala. Zbog identičnih kontaktnih karakteristika između valjka i trkačkih staza, na temelju koncepta kontaktne mehanike i uzimanja u obzir strukturne i opterećene karakteristike valjanih ležajeva, lokalni model kontakta između valjka i trkačkih staza može se koristiti za ukupnu analizu simulacije konveksnosti. Zbog činjenice da je kontaktni uvjet između dva kraja valjka u skladu s odgovarajućim presjekom u sredini valjka, uspostavljen je samo 1\/2 modela jednog valjka, a parametrizirano modeliranje koristi se za spremanje puno ponavljajućeg rada. Odabrana vrsta čvrstog elementa je trodimenzionalni svemirski kontinuirani linearni kompozitni element od osam čvorova, a kontaktna metoda prihvaća površinski kontakt. Elementi kontakta su 170, odnosno 174 elemenata. Divizija mrežice u blizini ruba kontakta u smjeru osi z bit će relativno u redu, dok će mreža mreža u srednjem dijelu biti relativno gruba, kao što je prikazano na slici 2., to može uštedjeti puno vremena izračuna bez utjecaja na točnost rezultata izračuna. Na slici 1 prikazan je shematski dijagram modificiranog cilindričnog ležaja valjka i njegovog opterećenja.
Slika 1 Shematski dijagram modificiranog cilindričnog ležaja valjka i njegovog opterećenja
Ograničenja na modelu i primjenu opterećenja: (1) Simetrična ograničenja na profilu. (2) Simulacija zadržavanja okvira: Djelomični čvorovi na nekontaktnoj površini valjanog elementa podvrgnuti su ograničenjima pomaka, a tangencijalni UY i aksijalni UZ pomaci ovih čvorova ograničeni su u cilindričnim koordinatama. (3) Spajanje stupnjeva slobode površine opterećenja unutarnjeg prstena: Svi čvorovi na unutarnjoj površini prstena u osovini su povezani s njihovim radijalnim UX i obodnim UY stupnjevima slobode. (4) Simulacija ležajnog sjedala: Vanjska površina ležaja vanjskog prstena ograničava sve svoje stupnjeve slobode. (5) Simulacija prirubnica: bočna ograničenja ležaja i valjka ograničavaju njihov pomak u smjeru UZ. (6) Spajanje pomaka svih čvorova UX i UY na unutarnjoj površini unutarnjeg prstena u cilindričnom koordinatnom sustavu. (7) Uključite koncentriranu silu u smjeru UY u kartezijanskom koordinatnom sustavu, s točkama djelovanja na čvoru na unutarnjoj površini unutarnjeg prstena. (8) Stvorite komponente za valjke i na valjkama primijenite inercijalna opterećenja.
Slika 2 Dijagram divizije mrežice geometrijskog modela valjka i unutarnje i vanjske trkačke staze
Pri rješavanju, upotrijebite odgovarajuće vremenske korake, postavite krutost i propusnost kontakta na {{0}}. 3 i 0,001, a za druge koristite zadane vrijednosti.
3. Rezultati analize
Prema Hertzovoj formuli, pod istim opterećenjem, kontaktni napon između valjka i vanjskog prstena cilindričnog ležaja valjka manji je od kontaktnog napona između valjka i unutarnjeg prstena. Stoga se uspoređuje i analizira samo kontakt između valjka i unutarnjeg prstena.
Da bi se utvrdila optimalna mjera konveksnosti, provedena je opsežna analiza konačnih elemenata kako bi se usporedio učinak smanjenja koncentracije graničnog naprezanja i određivanja optimalne mjere konveksije valjka. Ovdje ćemo uvesti samo rezultate analize konačnih elemenata nekoliko reprezentativnih konveksnih mjera. Na slici 3 prikazan je uzorak raspodjele ekvivalentnog naprezanja duž aksijalnog smjera valjka, a na slici 4 prikazan je uzorak raspodjele ekvivalentnog napona duž aksijalnog smjera unutarnjeg prstena. Podrijetlo vodoravne osi na slikama 3 i 4 točka je na srednjem presjeku rolera, a desni kraj je točka na kraju generacije valjka; I 1, 2, 3, 4, 5 i 6 respektivno predstavljaju konveksne metričke ležajeve valjka koji odgovaraju brojevima u tablici 1. Tablica 1 navodi glavne rezultate analize konačnih elemenata za svaku metriku konveksnosti. Kad je metrika konveksnosti jednaka nuli, to jest, za ne -modificirani obični ležaj ravnih linija, stope smanjenja naprezanja u tablici su u odnosu na ne -modificirani valjak ravne linije.
Slika 3. Zakon o raspodjeli ekvivalentnog napona valjka duž aksijalnog smjera
Slika 4 Zakon o raspodjeli ekvivalentnog napona duž aksijalnog smjera u unutarnjem prstenu
Tablica 1 Glavni rezultati analize konačnih elemenata
Kao što je prikazano na slici 3, uzorak raspodjele svake krivulje duž aksijalnog smjera valjka u osnovi je sličan. Raspodjela stresa u sredini valjka je relativno ujednačena, a stres na kraju valjka značajno se povećava, što rezultira koncentracijom graničnog stresa. Iz vrijednosti napona, srednji napon ne -modificiranog valjka s konveksnošću 0 najmanji je među svim krivuljama, a rubni napon na kraju je najveći, što ukazuje da je "efekt ruba" najteži. Stres krivulje 3 s konveksnošću od 0. 0 45 malo je veći u sredini valjka od one s konveksnošću od 0, ali stres na njegovim rubovima uvelike je smanjen. Uzorak raspodjele drugih krivulja potpuno je sličan onom krivulje 3.
Iz slika 3 i 4, može se vidjeti da je uzorak raspodjele ekvivalentnog napona duž osi valjka i unutarnjeg prstena u osnovi sličan, s graničnim koncentracijama naprezanja koja se javlja na rubu valjka, dok je raspodjela stresa u drugim područjima relativno nježna, a postoji i lagani porast ravne linije valjka i izmjenjenog ARC -a. Prema analizi ekvivalentnog napona, najbolja nosiva sposobnost valjka je 0. 0 55mm. Na slici 5 prikazana je karta konture napona valjka s konveksnom 0,055 mm. Brzina smanjenja maksimalnog kontaktnog naprezanja i maksimalnog ekvivalentnog napona u odnosu na ne -modificirani valjak pri svakom konveksnom mjerenju prikazana je u tablici 1.
4. Zaključak
Ukratko, iz perspektive teorijske analize, optimalna modifikacija konveksije modificiranog ležaja valjka ispod ispitivanog opterećenja je {0}}. 055mm. Stoga, kako bi se smanjio stupanj koncentracije graničnog stresa, konveksnost treba napraviti što je moguće bliže 0,055 mm u uvjetima dopuštenog kapaciteta obrade.
2025 3. lipnja Tjedan preporuka WBM proizvoda:
Super završni roll:
Imamo 30 godina u dizajniranju i stvaranju iskustva u ležajevima koji valjaju elementi i industriju alata s ISO9001 i IATF16949.Toling za hladni stroj za glavu, tokarilica, brusilica će se pridržavati vašeg zahtjeva.
