МОДЕЛИРОВАНИЕ УЗЛА ПОДШИПНИКА С НАТЯГОМ

MODELING OF A BEARING ASSEMBLY WITH INTERFERENCE

Andrey Avdoshin

master's student, Department of Mechanical Engineering Technology, Arzamas Polytechnic Institute - branch of the Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev,

Russia, Arzamas

Vyacheslav Puchkov

scientific director, candidate of technical sciences, professor, Arzamas Polytechnic Institute - branch of the Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseev,

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

Данная статья полностью посвящена методике моделирования подвижного узла с подшипником для исследуемой сборочной единицы «Узел рычага», который является неотъемлемой частью системы автоматизации на производстве. Моделирование проводилось в программном обеспечении Solid Simulation.

ABSTRACT

This article is entirely devoted to the methodology of modeling a movable unit with a bearing for the studied assembly unit "Lever unit", which is an integral part of the automation system in production. Modeling was carried out in the Solid Simulation software.

Ключевые слова: подшипник, посадка с натягом, моделирование, подвижный узел.

Keywords: bearing, interference fit, modeling, sliding unit.

Моделирование подвижных узлов с использованием подшипников является распространенным исследованием для инженера-конструктора и технолога. Существует достаточно мало методик расчета подобных конструкций. В данной статье рассматривается исследование величины сжатия внутреннего кольца миниатюрного подшипника от запрессовки по внешнему кольцу подшипника.

Для определения оптимального размера детали «Ось рычага» необходимо вычислить величину сжатия внутреннего кольца подшипника 5-2000083Ю5Т от запрессовки в деталь «Кронштейн рычага». Для расчета данной посадки и процесса запрессовки проведем моделирование в программном обеспечении Solid Simulation.

Рассмотрим узел Узел рычага в сборе более детально (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Узел рычага

Для определения контактного давления и величины сил реакции от запрессовки в программном обеспечении Solid Simulation целесообразно использовать тип контакта «Горячая посадка» в статическом исследовании.

Создадим статическое исследование и зададим материалы, из которых изготовлены детали, входящие в исследуемую сборочную единицу (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Материалы деталей сборочной единицы

Для моделирования натяга, которые образуются в процессе соединения деталей сборочной единицы необходимо задать контакт деталей «Горячая посадка» предварительно геометрически обеспечив размеры деталей, которые образуют максимальный натяг (см. рисунок 3).

Рисунок 3. Интерференция деталей, образующих зону натяга

Создаваемый набор контактов «Горячая посадка» с заданным коэффициентом трения представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Моделирование «Горячей посадки»

Необходимо отметить, что при исследовании задан коэффициент трения 0,05. После задания контакта «Горячая посадка» для проведения исследования необходимо сгенерировать сетку конечных элементов (см. рисунок 5).

Рисунок 5. Параметры сетки конечных элементов

Рассмотрим получившиеся в результате исследования эпюры.

Эпюра напряжений от посадки соединения с натягом представлена на рисунке 6.

Рисунок 6. Эпюра напряжений в зоне контакта

По данной эпюре видно, что максимальное напряжение, которое возникает в зоне контакта равно 449,397 МПа (что превышает предел прочности материала детали «Кронштейн рычага» Д16Т ГОСТ 4784-97, равного 410 МПа). Необходимо определить хону возникновения опасных напряжений. Рассмотрим распределение напряжений в детали «Кронштейн рычага» (см. рисунок 7).

Рисунок 7. Напряжения в детали «Кронштейн рычага»

Анализ напряжений зоны контакта показывает, что максимальные напряжения возникают на детали «Подшипник» (см. рисунок 8).

Рисунок 8. Напряжения в детали «Подшипник»

Таким образом можно сказать, что возникающие напряжения в деталях не вызовут разрушения. Материалы деталей подобраны оптимально.

Наибольший интерес вызывают перемещения точек внутренних колец подшипника. Рассмотрим эпюру перемещения (см. рисунок 9).

Рисунок 9. Эпюра перемещений

По данной эпюре видно, что максимальные перемещения равны 0,009 мм. И возникают они в зоне запрессовки внутренних подшипников. Рассмотрим величину деформации внутреннего кольца подшипника (см. рисунок 10).

Рисунок 10. Зондирование сжатия внутреннего кольца от запрессовки

По данному графику видно, что величина сжатия внутреннего кольца находится в диапазоне 0,006…0,007 мм. Это и будет величина минимального зазора, который должен быть обеспечен в зоне контакта подшипника с осью рычага.

Большой интерес представляет значение силы реакции, которая возникает от трения при запрессовке (см. рисунок 11).

Рисунок 11. Определение силы реакции при запрессовке

На данном рисунке видно, что сила, которую необходимо приложить, чтобы запрессовать детали равна 66Н).

Рассмотрим эпюру контактного давления в зоне запрессовки (см. рисунок 12).

Рисунок 12. Эпюра контактного давления

По данной эпюре видно, что максимальное значение контактного давления равно 482 МПа.

Вывод: в результате исследования было определено, что материалы деталей узла рычага полностью соответствуют требования по прочности и жесткости. Величина минимального зазора в посадке соединения «Подшипник» - «Ось рычага» равна 7 мкм. Именно это значение необходимо учитывать при подборе посадки.

Использование методики расчета величины сжатия внутреннего кольца подшипника от величины запрессовки может быть полезна как студентам, магистрантам, так и начинающим инженерам-конструкторам в своей деятельности.

Список литературы:

1. https://help.solidworks.com/2020/RUSSIAN/SolidWorks/sldworks/IDC_HELP_HELPTOPICS.htm. (дата обращения: 26.11.2024)