추상적인

롤러의 볼록 오프셋은 테이퍼 롤러 베어링의 수명에 중요한 영향을 미칩니다. 유한 요소 해석을 통해 본 논문에서는 특정 하중 조건에서 테이퍼 롤러의 볼록 중심이 양쪽 끝으로 오프셋될 때 롤러와 베어링의 내부 및 외부 링 궤도 사이의 접촉 응력의 변화를 논의합니다. 결과는 테이퍼 롤러의 볼록한 중심이 특정 범위 내에서 롤러의 큰 끝쪽으로 오프셋될 수 있음을 보여줍니다. 이 범위를 초과하면 롤러 양쪽 끝에서 심각한 응력 차이가 발생하여 베어링이 조기에 파손될 수 있습니다. 또한 롤러의 볼록한 중심이 롤러의 작은 끝쪽으로 오프셋되어서는 안 됩니다. 베어링의 접촉 피로 수명을 향상시키기 위해서는 롤러의 허용 볼록 오프셋을 결정하는 것이 필요합니다.

핵심 단어: 테이퍼 롤러 베어링; 볼록 오프셋; 접촉 스트레스; 유한 요소 분석

1 소개

테이퍼 롤러 베어링은 축방향 하중과 반경방향 하중을 동시에 견딜 수 있고, 큰 하중-지탱 능력, 작은 구름 마찰, 높은 강성, 쉬운 설치 등의 장점을 갖고 있습니다. 그들은 자동차, 철도, 공작 기계, 광산 및 야금과 같은 대형 기계 장비에 널리 사용됩니다. 로그 볼록 롤러 가공 중 볼록 오프셋 오류와 조립 중 롤러 오프셋 오류는 서비스 성능과 수명에 중요한 영향을 미칩니다. 따라서 합리적인 오차 범위를 결정하는 것이 필요하다.

볼록 오프셋의 결정은 테이퍼 롤러 베어링의 설계 및 적용에 있어 중요한 의미를 갖습니다. Reference에서는 유한 요소법을 사용하여 특정 하중 조건에서 원통형 롤러 베어링의 응력 분포를 분석하고, 롤러 오프셋을 분석하여 대수 곡선 롤러의 수정 중에 제어할 볼록 오프셋을 제공합니다. Reference에서는 다양한 수정된 롤러에 적용할 수 있는 수명 계산 공식을 분석하여 로그 곡선 수정이 베어링 수명 향상에 특정한 의미가 있음을 나타냅니다. 본 문서에서는 복열 테이퍼 롤러 베어링 353112를 유한 요소 분석의 예로 사용하여 볼록 오프셋의 합리적인 범위와 접촉 응력 분포에 미치는 영향을 연구합니다.

2 테이퍼 롤러 베어링의 유한 요소 모델

2.1 롤러 볼록성 오프셋

테이퍼 롤러의 설계 및 가공에서는 주로 작업 표면 특성, 즉 롤러의 볼록성과 구형 베이스 표면에 대한 요구 사항을 고려합니다. 대수 곡선 볼록형 롤러의 경우 롤러의 유효 길이 중심을 좌표 원점으로 롤러의 큰 끝쪽으로 약간 이동하면 롤러 양쪽 끝의 서로 다른 볼록량을 얻을 수 있습니다. 로그 곡선 롤러의 볼록 오프셋의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 테이퍼 롤러의 볼록 오프셋 오류는 수정된 로그 곡선 롤러의 대칭점과 좌표 원점 o 사이의 오프셋 s를 나타냅니다.

그림 1: 대수 곡선 롤러의 볼록성 오프셋의 개략도

2.2 모델링

트럭 휠 허브용 복열 테이퍼 롤러 베어링 353112의 구조 개략도는 그림 2에 나와 있으며 주요 구조 매개변수는 표 1에 나열되어 있습니다.

그림 2: 테이퍼 롤러 베어링 구조의 개략도

표 1 베어링의 주요 구조 매개변수

베어링 재료는 GCr15이고, 롤러와 내외면 궤도면 사이의 접촉 마찰 계수는 0.1, 재료의 탄성 계수는 ​​206GPa, 포아송 비는 0.3입니다. 롤러의 최대 일반 하중은 7,000N입니다. 대칭 구조로 인해 1/2 유한 요소 모델만 설정하면 됩니다.

유한요소 소프트웨어로 모델을 구축할 때 베어링 응력에 거의 영향을 미치지 않는 모따기 및 모서리는 무시되며 축방향 틈새, 반경방향 틈새 및 윤활유막이 접촉 응력에 미치는 영향은 고려되지 않습니다. 요소 유형은 균질한 솔리드 구조를 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있는 노드당 3자유도를 갖는 8-노드 Solid185 요소를 채택합니다. 내부 및 외부 링 궤도와 롤러 사이의 접촉 위치를 절단한 후 매핑된 메쉬 분할을 위해 전체 요소 크기를 설정하고 다른 부분은 스위프 메쉬 분할 방법을 채택합니다. 암호화된 부분의 최소 메쉬 요소는 그림 3과 같이 접촉 반폭 길이보다 작습니다.

그림 3: 유한 요소 모델

접촉 쌍은 접촉 마찰 계수가 0.1인 베어링의 내부 및 외부 링을 대상 표면으로, 롤러 표면을 접촉 표면으로 사용하여 생성됩니다. 경계조건 설정: 베어링의 각 단면에 대칭구속조건을 적용하고, 베어링 시트와의 억지끼움으로 인해 외륜의 외부면은 완전구속되며, 내륜의 축방향 자유도는 구속된다. 재하 시에는 내부 링의 대칭 중심에 있는 절점을 마스터 노드로 하고 인접한 노드를 슬레이브 노드로 선택한 후 내부 링 내부 표면의 모든 노드를 y- 방향(반경) 자유도로 결합하여 마스터 노드에 하중을 가하게 됩니다.

3 결과 및 분석

볼록 오프셋 없이 롤러와 내륜 및 외륜 궤도 사이의 롤러 모선 방향을 따른 응력 분포가 그림 4에 나와 있습니다. 롤러와 내륜 사이의 최대 응력 값이 롤러 중심에서 약간 왼쪽 위치에 위치함을 알 수 있습니다. 그러나 테이퍼 롤러와 외륜 사이의 최대 응력 값은 롤러 중심에 가깝고 응력 분포는 대칭적이고 균일합니다.

그림 4: 볼록성 오프셋이 없는 롤러와 내부 및 외부 링 사이의 접촉 응력

롤러의 볼록 중심이 롤러의 큰 끝쪽으로 0.4mm, 롤러의 작은 끝쪽으로 0.2mm 오프셋될 때 롤러 모선을 따라 롤러와 내륜 궤도 사이의 접촉 응력 분포가 그림 5에 나와 있으며 접촉 응력은 대칭적이고 균일하게 분포되지 않습니다.

그림 5: 롤러의 볼록 중심이 오프셋될 때 롤러와 내부 궤도 사이의 접촉 응력

롤러의 볼록 중심이 양쪽 끝으로 오프셋되면 롤러 양 끝과 내륜 궤도 사이의 접촉 응력의 변화가 그림 6에 표시됩니다. 그림 6a에서 볼 수 있듯이 동일한 조건에서 볼록 오프셋이 증가함에 따라 롤러 작은 끝의 접촉 응력이 점차 감소하는 반면 롤러 큰 끝의 접촉 응력은 급격히 증가합니다. 오프셋이 0.2mm 이상으로 증가하면 롤러 양단의 접촉 응력 차이가 급격히 증가합니다. 볼록한 중심이 롤러의 작은 끝쪽으로 오프셋되는 상황이 그림 6b에 나와 있습니다. 오프셋이 증가함에 따라 롤러 양단의 접촉 응력 차이가 크게 증가하기 시작합니다. 롤러 모선의 볼록 오프셋은 롤러의 양쪽 끝과 궤도 사이의 접촉 응력의 비대칭 및 불균일-을 초래한다는 것을 알 수 있습니다.

그림 6: 롤러 양단과 내부 레이스웨이 사이의 접촉 응력에 대한 볼록 오프셋의 영향

그림 7은 롤러 양쪽 끝의 접촉 응력에 대한 볼록 오프셋의 영향을 정량적으로 평가한 것입니다. 볼록면 오프셋이 증가함에 따라 롤러 양쪽 끝 사이의 접촉 응력의 상대적 차이는 비선형적으로 증가합니다-. 큰 쪽을 향한 볼록 오프셋이 0.1mm보다 클 경우 롤러 양쪽 끝 사이의 접촉 응력의 상대적 차이가 급격히 증가하여 큰 쪽을 향한 0.1mm 오프셋이 전환점임을 나타냅니다. 이때 롤러 양단의 상대적인 차이는 약 20% 정도로 엔지니어링상 최대 허용 상대오차인 25%를 만족한다. 그러나 볼록 중심이 작은 끝쪽으로 오프셋되면 롤러 양쪽 끝 사이의 접촉 응력의 상대적 차이가 커서 엔지니어링 조건을 충족하지 않습니다. 따라서 353112 테이퍼 롤러 베어링의 응력 분포의 균일성과 대칭성을 충족하려면 로그 곡선 롤러의 볼록 중심이 큰 쪽을 향해 0.1mm 오프셋 이내로 제어되어야 하며 작은 쪽을 향해 오프셋되어서는 안 됩니다.

그림 7: 볼록 중심 오프셋과 롤러 양단의 상대 응력 차이의 관계)

4 결론

로그 곡선 롤러를 수정할 때 롤러 볼록 중심의 오프셋을 엄격하게 제어해야 합니다. 그렇지 않으면 접촉 응력이 복잡한 비대칭을 나타냅니다. 볼록한 중심은 큰 끝쪽으로 적당히 오프셋될 수 있습니다. 353112 베어링의 경우 롤러의 볼록한 중심은 큰 쪽을 향해 0.1mm 오프셋 이내로 제어되어야 하며, 볼록한 중심은 롤러의 작은 끝을 향해 오프셋되지 않아야 합니다.

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