DOI: https://doi.org/10.20998/2079-0775.2020.1.02

МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ВНУТРІШНЬОЇ КОНСТРУКЦІЇ КАСЕТНИХ ПІДШИПНИКІВ ДЛЯ ПРОСТОРУ КОЛІЇ 1520

Anatoliy Girshfeld, Eduard Simson

Анотація


Розвиток швидкісних пасажирських перевезень тісно пов’язаний з використанням закритих конічних касетних підшипникових вузлів. Внаслідок того, що у згаданих закритих касетних підшипникових вузлах не здійснюється заміна мастила, продукти зношення протягом всього періоду експлуатації залишаються всередині підшипника й, у подальшому, накопичуючись, починають працювати як абразив, інтенсифікуючи зношення підшипника майже експоненціально. Для досягнення високих експлуатаційних показників (8 років служби або 800 тис. км пробігу без технічного обслуговування) при проектуванні закритих підшипникових вузлів потрібно забезпечити максимальне зниження зношування. У статті розглянуті основні особливості математичного моделювання та оптимізації внутрішньої геометрії конічних касетних підшипників. Метою дослідження стала розробка уточнених математичних моделей для визначення особливостей навантаження та напружено-деформованого стану, а також наступна оптимізація внутрішньої геометрії конічних дворядних касетних підшипників для простору залізничної колії 1520. Як основний метод дослідження було обрано метод скінченних елементів. На першому етапі математична модель включала адаптер, дворядне зовнішнє кільце, конічні ролики, два внутрішніх кільця, вісь колісної пари, колесо та рельс, які знаходяться у взаємній нелінійній контактній взаємодії. На другому етапі було досліджено власне підшипниковий вузол – закрита конічна «касета» для визначення розподілу навантаження в окружному напрямку. В результаті проведеної роботи було досліджено декілька типорозмірів конічної касети дворядних касетних підшипників - 130х230 мм, 150х250 мм та 130х250 мм. Авторами було розроблено комплексну мульти-контактну скінченно-елементну модель для аналізу напружено-деформованого стану, міцності та довговічності конічної «касети» для простору колеї 1520. Знайдено основні закономірності напружено-деформованого стану й оптимальної внутрішньої геометрії конічної касети.


Ключові слова


конічний дворядний касетний підшипник; метод скінченних елементів; математична модель; оптимізація

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Van-Canh Tong, Seong-Wook Hong. Characteristics of Tapered Roller Bearing Subjected to Combined Radial and Moment Loads. International journal of PrecisionEngineering and Manufacturing-green Technology. 2014. Т. 1, №. 4. P. 323–328. doi: 10.1007/s40684-014-0040-1

Van-Canh Tong and SeongWook Hong. Effects of Roller Profile on the Stiffness of Tapered Roller Bearings. Journal of Automation and Control Engineering. 2015. Т. 3, №. 2. P.151–156.doi: 10.12720/joace.3.2.151-156

Van-Canh Tong and Seong-Wook Hong. Characteristics of tapered roller bearings in relation to roller profiles. Kumoh National Institute of Technology. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015. № 29 (7). P. 2913–2919. doi: 10.1007/s12206-015-0622-z

Van-Canh Tong and Seong-Wook Hong. Optimization of partially crowned roller profiles for tapered roller bearings. Kumoh National Institute of Technology. Journal of Mechanical Science and Technology. 2017. № 31 (2). P. 641–650. doi: 10.1007/s12206-017-0117-1

Sen Cai, Gang Zhang. Fatigue life prediction of highspeed railway bearing based on contact stress. IEEE 8th International Conference on CIS & RAM, School of Mechanical & Electronic Engineering and Automation Shanghai University, Shanghai. 2017. P. 650–653.

Michael A. Mason, Charles P. Cartin, Parham Shahidi, Mark W. Fetty, Brent M. Wilson. Hertzian contact stress modeling in railway bearings for Assorted load conditions and geometries. Proceedings of the Joint Rail Conference JRC2014, Colorado Springs, CO, USA. 2014. № 2–4. С.1–9.

Yang K., Zhang G., Wang Y.W., Cai S. Finite element analysis on contact stress of high-speed railway bearings. The 2nd International Workshop on Materials Science and Mechanical Engineering. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 504(1):012073. 2019.

Zhiwei Wang, Lingqin Meng, Wensi Hao, E Zhang. Finite Element Method Analysis and Optimal Design of Roller Convexity of Tapered Roller Bearing. Advanced Materials Research Trans Tech Publications, Switzerland.2010. Т. 139–141.P. 1079–1083. doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.139-141.1079

Ruben Lostado, Roberto Fernandez Martinez, Bryan J. Mac Donal. Determination of the contact stresses in double-row tapered roller bearings usingthe finite element method, experimental analysis and analytical models. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015. № 29 (11). С. 4645–4656. doi:10.1007/s12206-015-1010-4

Lin F., Zhao Y.X. Finite Element Analysis on the Fatigue Stresses of a Railway Vehicle Roller Bearing. Trans Tech Publications, Advanced materials research, ISSN: 1662-8985, Switzerland. 2008. Т. 44–46. С. 935–941. doi:10.4028/www.scientific.net. AMR.44-46.935

Ruben Lostado, Ruben EscribanoGarcı´a, Roberto Fernandez Martinez. Optimization of operating conditions for a double-row tapered roller bearing. Springer Science+Business Media Dordrecht.Int J Mech Mater Des. 2015. doi: 10.1007/s10999-015-9311-4

Simson E., Anatskiy Yu., Ovcharenko V., Trokhman M., Zenkevich Yu. Optimizatsiya obrazuyushchey poverhnosti rolikapodshipnika kocheniya. Vestnik NTU KhPI. Dinamіka і mіtsnіstmashin. 2009. №30, p.8–11.

Simson E., Anatskiy Yu., Ovcharenko V., Trokhman M., Zenkevich Yu. (2009). Optimizatsiya bortov kolets i tortsevoypoverhnosti rolilka podshipnika kacheniya. Vestnik NTU KhPIDinamіka і mіtsnіstmashin, № 42, p.8-11.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Van-Canh Tong, Seong-Wook Hong. Characteristics of Tapered Roller Bearing Subjected to Combined Radial and Moment Loads. International journal of Precision Engineering and Manufacturing-green Technology. 2014. Т. 1, №. 4. С. 323-328. doi: 10.1007/s40684-014-0040-1

2.   Van-Canh Tong and Seong Wook Hong. Effects of Roller Profile on the Stiffness of Tapered Roller Bearings. Journal of Automation and Control Engineering. 2015. Т. 3, №. 2. С.151-156. doi: 10.12720/joace.3.2.151-156

3.  Van-Canh Tong and Seong-Wook Hong. Characteristics of tapered roller bearings in relation to roller profiles. Kumoh National Institute of Technology. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015. № 29 (7). С. 2913-2919. doi: 10.1007/s12206-015-0622-z

4.   Van-Canh Tong and Seong-Wook Hong. Optimization of partially crowned roller profiles for tapered roller bearings. Kumoh National Institute of Technology. Journal of Mechanical Science and Technology. 2017. № 31 (2). С. 641-650. doi: 10.1007/s12206-017-0117-1

5.   Sen Cai, Gang Zhang. Fatigue life prediction of high speed railway bearing based on contact stress. IEEE 8th International Conference on CIS & RAM, School of Mechanical & Electronic Engineering and Automation Shanghai University, Shanghai. 2017. С. 650-653.

6 .  Michael A. Mason, Charles P. Cartin, Parham Shahidi, Mark W. Fetty, Brent M. Wilson. Hertzian contact stress modeling in railway bearings for Assorted load conditions and geometries. Proceedings of the Joint Rail Conference JRC2014, Colorado Springs, CO, USA. 2014. № 2-4. С.1-9.

7 .  Yang K., Zhang G., Wang Y.W., Cai S. Finite element analysis on contact stress of high-speed railway bearings. The 2nd International Workshop on Materials Science and Mechanical Engineering. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 504(1):012073. 2019..

8.   Zhiwei Wang, Lingqin Meng, Wensi Hao, E Zhang. Finite Element Method Analysis and Optimal Design of Roller Convexity of Tapered Roller Bearing. Advanced Materials Research Trans Tech Publications, Switzerland. 2010. Т. 139-141. С. 1079-1083. doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.139-141.1079

9.   Ruben Lostado, Roberto Fernandez Martinez, Bryan J. Mac Donal. Determination of the contact stresses in double-row tapered roller bearings using the finite element method, experimental analysis and analytical models. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015. № 29 (11). С. 4645-4656. doi:10.1007/s12206-015-1010-4

10. Lin F., Zhao Y.X. Finite Element Analysis on the Fatigue Stresses of a Railway Vehicle Roller Bearing. Trans Tech Publications, Advanced materials research, ISSN: 1662-8985, Switzerland. 2008. Т. 44-46. С. 935-941. doi:10.4028/www.scientific.net. AMR.44-46.935

11. Ruben Lostado, Ruben Escribano Garcı´a, Roberto Fernandez Martinez. Optimization of operating conditions for a double-row tapered roller bearing. Springer Science+Business Media Dordrecht. Int J Mech Mater Des. 2015. doi: 10.1007/s10999-015-9311-4

12. Симсон Э.А., Анацкий Ю.П., Овчаренко В.В., Трохман М.В., Зенкевич Ю.А. Оптимизация образующей поверхности ролика подшипника качения. Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ": сб. науч. тр. Темат. вып.: Динамика и прочность машин, Харьков: НТУ "ХПИ". 2009. № 30. С. 8-11.

13. Симсон Э.А., Анацкий Ю.П., Овчаренко В.В., Трохман М.В., Зенкевич Ю.А. Оптимизация бортов колец и торцевой поверхности ролика подшипника качения Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ": сб. науч. тр. Темат. вып.: Динамика и прочность машин, Харьков: НТУ "ХПИ". 2009. № 42. С. 8-11.





ISSN 2079-0775. Вісник Національного Технічного Університету «ХПІ».