Отработка методики численного анализа напряжений смятия в роликовых подшипниках

DOI: 10.34759/vst-2022-3-180-190

Авторы

Семенова А. С.^*, Кузьмин М. В.^**

Опытно-конструкторское бюро им. А. Люльки, филиал ОДК-Уфимского моторостроительного производственного объединения, ОКБ им. А. Люльки, ул. Касаткина, 13, Москва, 129301, Россия

*e-mail: anna.semenova.lulka@gmail.com
**e-mail: maxim.kuzmin@okb.umpo.ru

Аннотация

Исследовано влияние характеристик численной модели межроторного подшипника, которые влияют на продолжительность и точность расчетов:

– характерный размер элементов, определяющий шаг расчетов;

– численная формулировка конечных элементов;

– метод интегрирования (явный, неявный).

Выполнена сравнительная оценка напряжений в контакте роликов с дорожками качения подшипника с противоположным и однонаправленным вращением колец с учетом вышеперечисленных факторов.

Так же исследовано влияние перекоса колец межроторного подшипника на контактные напряжения смятия.

Оценка факторов осуществлялась в программном комплексе LS-DYNA. Работа выполнена для подготовки динамической модели, в которой учитывается вращение колец подшипника.

Ключевые слова:

межроторный подшипник, шероховатость поверхности, область контакта, контактные напряжения

Библиографический список

1. ГОСТ 18855-2013. Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс. – М.: Стандартинформ, 2014. – 57 с.

2. ISO/TS 16281:2008. Rolling bearings – Methods for calculating the modified reference rating life for universally loaded bearings. 2008, 20 p. URL: https://www.iso.org/standard/40621.html

3. Mul J.M., Vree J.M., Maas D.A. Equilibrium and Associated Load Distribution in Ball and Roller Bearings Loaded in Five Degrees of Freedom While Neglecting Friction–Part II: Application to Roller Bearings and Experimental Verification // Journal of Tribology. 1989. Vol. 111. No. 1, pp. 149–155. DOI: 10.1115/1.3261865

4. Leontiev M., Ivannikov V., Degtyarev S. Radial roll bearings with flexible rings: application to rotor dynamics and extension to multibody simulation // 17th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery (16-21 December 2017; Maui, Hawaii).

5. Иванников В.В., Дегтярев С.А., Попов В.В. и др. Учет податливости колец при определении контактных усилий в радиальном подшипнике качения // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2018. № 4. С. 58-68.

6. Иванников В.В., Дегтярев С.А., Леонтьев М.К. Расчеты на долговечность с учетом сложного нагружения роликоподшипника и распределения усилий по телам качения // Климовские чтения – 2018. Перспективные направления развития авиадвигателестроения: Сборник докладов международной научно-технической конференции. – СПб.: Скифия-принт, 2018. С. 168-177.

7. Ivannikov V.V., Degtyarev S.A., Popov V.V. et al. Numerical Determination of Contact Forces in Radial Roller Bearings with Flexible Rings // Russian Aeronautics. 2018. Vol. 61. No. 4, pp. 567–578. DOI: 10.3103/S1068799818040104

8. Назаренко Ю.Б., Потапов А.Ю. Устранение критических частот вращения роторов газотурбинных двигателей с помощью регулирования жесткости опоры // Двигатель. 2014. № 1(91). С. 14 −16.

9. Макарчук В.В. Разработка методов расчета и проектирования высокоскоростных межвальных роликовых подшипников: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. – Самара: Сам. гос. аэрокосм. ун-т им. С.П. Королева, 2009. – 20 с.

10. ГОСТ 3325-85 Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки. – М.: Издательство стандартов, 1994. – 105 с.

11. Кикоть Н.В., Снеткова Е.И., Леонтьев М.К., Дегтярев С.А. Анализ динамических характеристик подшипников качения в опорах роторов // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии. 2012. № 2(23). С. 94-101.

12. LS-DYNA Keyword User’s Manual (Version 971). – Livermore Software Technology Corporation (LSTC), California, 2007. Vol 1. – 1384 p.

13. Степанов А.В. Моделирование жесткости шероховатых поверхностей при оценке точности технологического оборудования: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. – М.: Моск. гос. технологич. ун-т, 1998. – 15 с.

14. Сакало В.И., Ольшевский А.А. Использование конечно-элементных моделей для решения контактных задач с учетом шероховатости поверхностей тел // Вестник Брянского государственного технического университета. 2018. № 11(72). С. 45-56. DOI: 10.30987/article_5be14a2f880092.17128502

15. Семенова А.С., Кузьмин М.В. Подбор дискретности конечно-элементной сетки для вращающихся деталей межроторного подшипника газотурбинного двигателя с учетом шероховатости поверхности // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 171-179. DOI: 10.34759/vst-2020-1-171-179

16. Mason M.A. A practical tool for the determination of surface stresses in railroad bearings with different contact geometries load conditions using finite element analysis. A thesis for the degree of Master of Science at Virginia Commonwealth University, 2014, 119 p. DOI: 10.25772/1JJY-3P97

17. Qu F., Xie H., Jiang Z. Finite element method analysis of surface roughness transfer in micro flexible rolling // 12^th International Conference on Numerical Methods in Industrial Forming Processes. 2016. Vol. 80: 04002. DOI: 10.1051/matecconf/20168004002

18. Семенова А.С., Гогаев Г.П. Оценка разрушающей частоты вращения дисков турбомашин с использованием деформационного критерия в программном комплексе LS-DYNA // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 3. С. 134-142.

19. Повреждения подшипников качения и их причины. – СПб.: SKF, 2002, 47 c. URL: https://promshop.info/cataloguespdf/reasons_damage_bearings.pdf

20. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. – Изд. 2-е, испр. – М.: URSS, 2008. – 254 с.