The refined strength calculation and optimization of the inner geometry of cylindrical bearing units
| Autor: | Anatoliy Girshfeld, Eduard Simson |
|---|---|
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2020 |
| Předmět: |
Optimal design
Lateral surface 020209 energy закритий підшипниковий вузол бомбіна ролик мультиконтактна задача метод скінчених елементів математична модель finite element method 0211 other engineering and technologies Energy Engineering and Power Technology Geometry 02 engineering and technology Flange закрытый подшипниковый узел бомбина мультиконтактная задача метод конечных элементов математическая модель Industrial and Manufacturing Engineering law.invention law Management of Technology and Innovation 021105 building & construction lcsh:Technology (General) 0202 electrical engineering electronic engineering information engineering crown lcsh:Industry Electrical and Electronic Engineering roller Mathematics closed bearing unit Bearing (mechanical) Mathematical model Applied Mathematics Mechanical Engineering Conical surface Finite element method UDC 539.3 621.77 Computer Science Applications Control and Systems Engineering multi-contact problem mathematical model Generatrix lcsh:T1-995 lcsh:HD2321-4730.9 |
| Zdroj: | Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol 3, Iss 7 (105), Pp 66-78 (2020) Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 3, № 7 (105) (2020): Прикладна механіка; 66-78 Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 3, № 7 (105) (2020): Прикладная механика; 66-78 Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 3, № 7 (105) (2020): Applied mechanics; 66-78 |
| ISSN: | 1729-4061 1729-3774 |
| Popis: | Closed bearing units for railway rolling stock shall operate over 800,000 km or during 8 years of operating life (and, in the near future, 1 million km and 10 years) without any maintenance. In order to achieve such high operational indicators, it is necessary, already at the design stage of closed bearing units, to ensure almost absence of wear during the entire specified operating life.This paper reports the results of the optimal design of the elements in the internal geometry of closed bearings based on refined mathematical models using an example of the cylindrical axlebox bearing unit "DUPLEX" for 1520 gauge rolling stock. The chosen principal mathematical model was a geometrically nonlinear contact problem from the theory of elasticity, which was solved using a finite element method.An original non-linear finite-element model of the multi-contact problem has been developed, taking into consideration the contact deformations "rail‒wheel", the deformation of a wheel-set axis, the deformation of the axlebox and bearing rings during contact with all rollers. The model makes it possible to clarify the distribution of loads in the circumferential direction and, accordingly, the maximum load on a roller. The same model could be used, among other things, to analyze the wear of a wheel flange and the effect of gap difference on the bearing wear.A mathematical model and an objective function have been constructed to optimize the profile of a roller ("crown", the generatrix of the lateral surface of rotation) considering the accumulation of damage as a result of the "irregular" loading the roller surface points due to contacts with both the outer and inner rings.The shapes of the roller's face and the ring's operating flange have been optimized that are in contact in the axial direction, which has helped establish that the "anthropologically shaped" convex face of the roller and the concave flange of the ring are optimal. To simplify the structure technologically, a variant with a conical surface of the flange with the optimal "camber" value has been accepted instead of the concave flange of the ring Закриті підшипникові вузли для залізничного рухомого складу повинні забезпечувати 800.000 км або 8 років пробігу (а найближчим часом – 1 млн км та 10 років) без будь якого обслуговування. Для досягнення настільки високих експлуатаційних показників необхідно вже під час проектування закритих підшипникових вузлів забезпечити практичну відсутність зносу протягом майже всього вказаного пробігу.Наведені результати оптимального проектування елементів внутрішньої геометрії закритих підшипників на уточнених математичних моделях на прикладі циліндричного буксового підшипникового вузла «DUPLEX» для рухомого складу простору колії 1520. Основною математичною моделлю було обрано геометричну нелінійну контактну задачу теорії пружності, для вирішення якої авторами використовувався метод скінчених елементів.Розроблено оригінальну нелінійну скінчено-елементну модель мультиконтактної задачі, яка враховує: контактні деформації «рейка-колесо», деформування осі колісної пари, деформування букси та кілець підшипника при контактній взаємодії зі всіма роликами. Модель дозволяє уточнити розподіл навантажень в окружному напрямку та, відповідно, – максимальне навантаження на ролик. Ця ж модель може бути використана в том числі для аналізу зносу гребня колеса та впливу різнозазорності на знос підшипника.Розроблено математичну модель та цільову функцію для оптимізації профіля ролика («бомбіни», твірної бокової поверхні обертання) з урахування накопичення пошкоджень від «нерегулярного» навантаження точок поверхні ролика від контактів як з зовнішнім, так і внутрішнім кільцем.Проведена оптимізація форми контактуючих в осьовому напрямку торця ролика та робочого борта кільця, в результаті якої встановлено, що оптимальними є «антропологічні форми» опуклого торця ролика та увігнутого борта кільця. Для технологічного спрощення конструкції замість увігнутого борта кільця прийнято варіант з конічною поверхнею борту з оптимальним значенням «розвалу» Закрытые подшипниковые узлы для железнодорожного подвижного состава должны обеспечивать 800.000 км или 8 лет пробега (а в ближайшем будущем – 1 млн.км. и 10 лет) без какого бы то ни было обслуживания. Для достижения столь высоких эксплуатационных показателей необходимо уже при проектировании закрытых подшипниковых узлов обеспечить практически отсутствие износа на протяжении почти всего указанного пробега.Изложены результаты оптимального проектирования элементов внутренней геометрии закрытых подшипников на уточненных математических моделях на примере цилиндрического буксового подшипникового узла «DUPLEX» для подвижного состава пространства колеи 1520. Основной математической моделью была выбрана геометрически нелинейная контактная задача теории упругости, для решения которой авторами применялся метод конечных элементов.Разработана оригинальная нелинейная конечно-элементная модель мультиконтактной задачи, учитывающая: контактные деформации «рельс-колесо», деформирование оси колесной пары, деформирование буксы и колец подшипника при контактном взаимодействии со всеми роликами. Модель позволяет уточнить распределение нагрузок в окружном направлении и, соответственно, – максимальную нагрузку на ролик. Эта же модель может быть использована, в том числе, для анализа износа гребня колеса и влияния разнозазорности на износ подшипника.Разработана математическая модель и целевая функция для оптимизации профиля ролика («бомбины», образующей боковой поверхности вращения) с учетом накопления повреждений от «нерегулярного» нагружения точек поверхности ролика от контактов как с наружным, так и внутренним кольцом.Проведена оптимизация формы контактирующих в осевом направлении торца ролика и рабочего борта кольца, в результате которой установлено, что оптимальными являются «антропологические формы» выпуклого торца ролика и вогнутого борта кольца. Для технологического упрощения конструкции вместо вогнутого борта кольца принят вариант с конической поверхностью борта с оптимальным значением «развала» |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|