Трехмерное моделирование МКЭ нагрева кольца подшипника при шлифовании дорожки качения
Изучение результатов компьютерного моделирования методом конечных элементов в трехмерной постановке процесса нагрева внутреннего кольца роликового подшипника при круглом наружном шлифовании. Особенности распределения температуры в зоне шлифования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.11.2018 |
| Размер файла | 192,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Трехмерное моделирование МКЭ нагрева кольца подшипника при шлифовании дорожки качения
В.Г. Фокин, В.А. Дмитриев
В статье представлены результаты компьютерного моделирования методом конечных элементов в трехмерной постановке процесса нагрева внутреннего кольца роликового подшипника при круглом наружном шлифовании. Составлена программа, которая позволяет исследовать нагрев колец разных типоразмеров при различных режимах шлифования.
Ключевые слова: кольцо подшипника, врезное шлифование, процесс нагрева, трехмерное компьютерное моделирование, метод конечных элементов.
При шлифование в зоне резания происходит значительное выделение тепла [1]. Температурное поле вблизи контакта имеет большие градиенты. В этих условиях в поверхностном слое дорожки качения формируются остаточные напряжения, а также происходят фазовые превращения материала. Поэтому при разработке технологии абразивной обработки необходима оценка температурного поля для прогнозирования остаточных напряжений и структуры поверхностного слоя.
Работа посвящена компьютерному моделированию методом конечных элементов (МКЭ) в трехмерной постановке процесса нагрева внутреннего кольца роликового подшипника при круглом наружном врезном шлифовании дорожки качения. Создана программа, позволяющая исследовать нагрев колец разных типоразмеров при различных режимах шлифования.
На рис.1 показана схема шлифования и геометрия кольца подшипника. На рис.2 приведена конечно-элементная модель кольца. Она представляет собой сектор шириной 50. В поверхностном слое размеры шестигранных конечных элементов: 0,1817х0,0345х0,1090 мм.
Решается нестационарная задача теплопроводности модели кольца, показанной на рис.2, при следующих граничных условиях: радиальные сечения теплоизолированы в силу близости к осевой симметрии общего теплового поля; наружные поверхности кольца имеют конвективную теплоотдачу в СОЖ, а внутренние поверхности - в воздух; широкий плоский торец кольца имеет постоянную температуру 20 0С, так как контактирует с плоскостью магнитного патрона.
Рис. 1. Схема шлифования кольца.
Рис. 2. Конечно-элементная модель.
Теплоисточник - контакт шлифовального круга перемещается по окружности дорожки качения со скоростью вращающейся детали. После прохождения поверхности сектора источник тепла исчезает на время шлифования оставшейся части кольца, затем снова повторяется цикл нагрева сектора. Тепловой поток от теплоисточника определяется через затрачиваемую на шлифование мощность.
Решена задача нагрева внутреннего кольца подшипника 7517А-02 при врезном шлифовании. Геометрия радиального сечения кольца дана на рис.1. Размеры: внутренний диаметр dд= 85 мм, наружный диаметр в среднем сечении АА (рис.1) Dд = 100 мм, ширина дорожки качения B = 27,26 мм, угол конусности б = 11,640. Материал: сталь ШХ15 HRC 62…66, учитывалась температурная зависимость физических свойств материала. Коэффициент конвективной теплоотдачи при охлаждении СОЖ (содовый раствор) 3000 Вт/м2·град, температура внешней среды 200С. Режим предварительного шлифования: круг 25А16СМ27К5, диаметр круга Dк=600 мм, скорость круга Vк=56,55 м/с, частота вращения кольца подшипника nд=180 об/мин, поперечная подача круга на врезание S = 0,48 мм/мин, снимаемый припуск 0,42 мм.
Для указанного режима рассчитываются следующие параметры. Скорость детали на наружном диаметре в среднем сечении А-А (рис.1):
компьютерное моделирование шлифование подшипник
.
Время одного оборота детали:
c.
Глубина резания на один оборот мм. Теоретическая ширина контакта круга и детали мм. Эффективная ширина контакта, учитывающая неравномерность теплового потока в контактной зоне, принята lэ = 0,109 мм [1]. Время экспозиции теплового потока на эффективной ширине контакта: с. По результатам моделирования, выполненным в работе [3], мощность шлифования принята N ? 4,4 кВт.
В деталь поступает примерно 0,7 выделяемого тепла [1], поэтому тепловой поток на эффективной поверхности контакта можно определить как:
Вт/м2.
Результаты решения представлены на рис.3-5 для момента, когда снят припуск 0,08 мм (время шлифования 0,669 с). Температурное поле контактной зоны шлифования изменяется в процессе обработки незначительно.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 3. Температурное поле в зоне шлифования в момент времени 0,669 с.
Рис. 4. Распределение температуры в зоне шлифования в момент 0,669 с.
Полученные результаты при трехмерном моделировании близки к результатам решения плоских задач [3], где максимальная температура на тех же режимах шлифования достигала 849 0С. Близкие результаты дают эмпирические формулы, приведенные в справочнике [2] стр. 191.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 5. Температурное поле вне зоны шлифования после снятия припуска 0,08 мм.
Список литературы
1. Li Y.Y., Chen Y. Моделирование процесса шлифования. // Современное машиностроение. - серия Б - 1989. - №8. - С. 36-44.
2. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник / Под ред. проф. А.Н. Резникова.- М.: Машиностроение, 1977. - 391 с.
3. Фокин В.Г, Дмитриев В.А. Моделирование МКЭ нагрева кольца роликового подшипника при шлифовании дорожки качения. // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер.: Техн. науки.- 2014, №4 (40)-2013.- С. 126-131.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет подшипника качения типа Р0-7308. Эпюры нормальных напряжений на посадочных поверхностях, случаи местного нагружения наружного и внутреннего кольца. Расчет сопряжения наружного кольца подшипника со стаканом. Расчёт гладких цилиндрических сопряжений.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 06.07.2011Предельные допустимые значения для подшипника скольжения с гидродинамическим режимом работы. Определение температуры нагрева охватывающей детали. Схема полей допусков, чертежи соединения и деталей. Посадка внутреннего кольца на вал и наружного в корпус.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 03.06.2014Определение предельных размеров вала и отверстия. Расчет величины предельных зазоров или натягов, допуск посадки. Определение конструктивных размеров подшипника качения и нагружения каждого кольца подшипника. Схема полей допусков центрирующих элементов.
контрольная работа [887,7 K], добавлен 28.04.2014Обзор математических моделей и зависимостей для расчета контактных температур. Распределение тепловых потоков между заготовкой, стружкой и шлифовальным кругом в зоне шлифования. Определение массового расхода смазочно-охлаждающей жидкости для шлифования.
лабораторная работа [95,6 K], добавлен 23.08.2015Определение основных размеров подшипника и предельных отклонений на присоединительные размеры. Параметры внутреннего кольца подшипника на вал и расчет посадочного зазора. Квалитет, предельные диаметры резьбового соединения. Посадка шпоночного соединения.
контрольная работа [49,4 K], добавлен 23.04.2015Изучение методов моделирования в металлургии, понятие эксперимента и условия его проведения. Основные уравнения современной вычислительной гидрогазодинамики. Проведение моделирования нагрева одной, двух, четырех заготовок в печи высокоточного нагрева.
дипломная работа [11,6 M], добавлен 22.07.2012Разработка трехмерной численной модели процесса нагрева вращением цилиндрических алюминиевых заготовок в постоянном магнитном поле. Проведение параметрических исследований. Оценка влияния конструкции установки на распределение температуры в заготовке.
курсовая работа [549,8 K], добавлен 31.03.2016Рассмотрение видов повреждений элементов подшипников качения. Разработка причинно-следственных связей между видами и причинами повреждения. Типичные отказы подшипников качения и их причина. Влияние нагрузки и её направления на работу подшипников качения.
контрольная работа [4,0 M], добавлен 31.05.2010Расчет гладких цилиндрических соединений с натягом. Определение и выбор посадок подшипников качения. Схема расположения полей допусков подшипника. Взаимозаменяемость и контроль резьбовых сопряжений и зубчатых передач. Расчет калибров и размерной цепи.
контрольная работа [394,5 K], добавлен 09.10.2011Выбор посадок подшипников качения. Схема расположения полей допусков соединения наружного кольца подшипника с корпусом и валом. Выбор измерительных средств для контроля заданного соединения и вала. Определение допускаемых погрешностей измерения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 18.09.2011Шарики как наиболее нагруженные детали при эксплуатации подшипников качения. Термическая обработка стали ШХ15. Назначение и условия работы детали. Схема распределения нагрузки между телами качения в подшипнике. Основные материалы и твердость тел качения.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 08.02.2013Назначение посадок для сопрягаемых поверхностей в зависимости от их служебного назначения. Расчет соединения с натягом и по расчету выбрана посадка с натягом подшипника и выбраны посадки для внутреннего и наружного колец подшипника, схема полей допусков.
контрольная работа [222,0 K], добавлен 13.12.2012Схемы расположения полей допусков стандартных сопряжений. Соединение подшипника качения с валом и корпусом. Расчет размерных цепей. Решение задачи методом максимума - минимума. Решение задачи теоретико-вероятностным методом (способ равных квалитетов).
курсовая работа [441,6 K], добавлен 26.01.2010Выбор электродвигателя, мощность и общий коэффициент полезного действия. Проектный и проверочный расчет зубчатых передач. Конструктивные размеры корпуса редуктора. Выбор посадок для внутреннего кольца подшипника. Смазывание зубчатой передачи и выбор муфт.
курсовая работа [405,8 K], добавлен 06.04.2009Исследование общих сведений, условий работы и критериев работоспособности подшипника качения, работающего по принципу трения качения. Изучение особенностей подбора, посадки, крепления и смазки подшипников. Материалы для изготовления подшипников качения.
презентация [172,0 K], добавлен 25.08.2013Определение мощности, частоты вращения и крутящего момента валов редуктора. Проектный и проверочный расчет зубчатых передач. Конструирование зубчатых цилиндрических и конических колес. Выбор посадок для внутреннего кольца подшипника, выбор муфт.
курсовая работа [348,6 K], добавлен 19.10.2022Особенности процесса резания при шлифовании. Структура и состав используемого инструмента. Форма и спецификация шлифовальных кругов, учет и нормативы их износа. Восстановление режущей способности шлифовального инструмента. Смазочно-охлаждающие жидкости.
презентация [1,7 M], добавлен 29.09.2013Расчет и выбор посадок подшипника качения. Назначение посадок для указанных на чертеже сборочной единицы. Вид нагружения кольца. Точность резьбовых соединений. Выбор посадок шпоночных соединений. Определение поля допуска не центрирующего диаметра.
контрольная работа [185,8 K], добавлен 11.03.2013Условия работы подшипника скольжения. Расчет подшипника вручную. Угловая и окружная скорость вращения вала. Расчет подшипника в APM WinMachine. Коэффициент торцевого расхода масла. Момент сил трения. Мощность, выделяющаяся в подшипнике за счет трения.
курсовая работа [820,6 K], добавлен 04.10.2008Расчет посадки в сопряжении внутреннего и наружного кольца подшипника со стаканом. Определение гладких цилиндрических сопряжений. Расчет жестких калибров и диаметров номинального профиля резьбового соединения. Шлицевое соединение вала привода колеса.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 14.11.2012
