CC BY
125
ходе экспериментов выявлены факторы, которые позволили существенно улучшить показатели работы подшипника.
Королев Альберт Викторович -
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета
Korolev Albert Viktorovich -
Doctor of technical sciences, professor, head. Department « Technology of mechanical engineering» of the Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 04.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
УДК: 621.778
А.В. Королев, А.Н. Аничкин
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРУЗОК В КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЯХ
Описан процесс моделирования нагрузок в кольцевых деталях, приведен расчет нагрузок в программе SolidWorks Simulation Xpress. Описан процесс построения 3D модели детали и пошагово показан процесс исследования в программе SolidWorks. Данная работа позволяет рассчитать статическое узловое напряжение, статическое перемещение, процесс деформации и запас прочности, что способствует оптимизации процесса изготовления детали.
Моделирование нагрузок, кольцевые детали, 3D модель, система автоматизированного проектирования
A.V. Korolev, A.N. Anichkin MODELING OF LOADS IN RING DETAIL
The paper describes the modeling process loads in the ring detail, shown in the load calculation program SolidWorks Simulation Xpress. The process of constructing 3D models of details and step by step shows you how to study the program SolidWorks. This work allows us to calculate the static nodal voltage, the static displacement, the deformation process and margin, optimizing the manufacturing process details.
Modeling process loads, ring detail, 3D model, system of automatic designing
Развитие машиностроения в значительной мере определяется техническим уровнем изготавливаемых деталей, их надежностью и конкурентной ценой. Технология изготовления подшипников должна обеспечить высокую производительность и высокое качество подшипников при наименьших производственных затратах. Разработка безотходной технологии изготовления колец подшипников является актуальной задачей на сегодняшний день.
В данной работе представлен новый способ получения колец подшипников методом их навивания из металлической ленты.
Для моделирования процесса нагрузок и определения прочностных свойств кольцевых деталей была построена 3D модель данной детали. Процесс построения и расчетов проводился в программе SolidWorks Simulation Xpress.
Сущность способа изготовления деталей из металлической ленты заключается в том, что при навивке на катушку в несколько слоев металлического проката, в качестве материала металлического проката используют металлическую ленту, ленту предварительно профилируют, витки между собой закрепляют, а между витками ленты размещают связующий или антифрикционный материал.
Весь процесс моделирования проходит по следующим этапам:
1. Построение 3D модели, необходимой для расчетов.
2. Выбор параметров материала для 3D модели.
3. Выбор плоскости крепления 3D модели.
В табл. 1 приведены исходные данные для численного расчета результатов нагруже-ния металлического кольца.
Крепления используются для «фиксации» граней модели, которые не должны перемещаться в ходе анализа. Чтобы предотвратить сбой анализа из-за движения закрепленного тела, необходимо ограничить, по крайней мере, одну грань детали. Для крепления детали были выбраны 2 плоскости: внутренняя и наружная поверхность детали.
Таблица 1
Исходные параметры
Материал Толщина ленты, мм Ширина ленты, мм Масса Объем Наружный диаметр, мм Внутренний диаметр, мм
1020 Сталь, холоднокатаная 0,2 3 0.0643 kg 8.175e-006 тЛ3 D=82,5 d=65,5
1. Выбор плоскости нагрузки в ЭБ модели
Нагрузки используются для добавления внешней силы на грани детали с целью получения напряжения и деформации детали.
Под термином сила подразумевается общая сила, которая прилагается к грани. В качестве нагрузки была выбрана плоскость, к которой приложена нормальная сила, данная сила равномерно распределена по все плоскости.
Пример: По приведенным в табл. 1 данным строим 3D модель для дальнейшего расчета и построения графических моделей детали. Деталь выполнена в виде кольца с наружным диаметром D = 82,5 мм и внутренним диаметром d = 65,5 мм. В центре кольца выполнена дорожка качения г = 2,5 мм и глубиной 1 мм.
На построенной модели указываем крепление детали, были выбраны 2 плоскости: внутренняя и наружная поверхность детали, была указана плоскость нагрузки, к которой приложена нормальная сила, данная сила равномерно распределена вдоль плоскости дорожки качения. Значение силы выбрано равным 150 кг, т.к. такая нагрузка наиболее распространенная на данный узел.
Таблица 2
Значения материала детали
Имя свойства Значение Единицы измерения
Модуль упругости 2.05е+011 Ы/тЛ2
Коэффициент Пуассона 0.29 ЫА
Модуль сдвига 8е+010 Ы/тЛ2
Массовая плотность 7870 кд/тлз
Предел прочности при растяжении 4.2е+008 Ы/тЛ2
Предел текучести 3.5е+008 Ы/тЛ2
Коэффициент теплового расширения 1.17е-005 /КеМп
Теплопроводность 51.9 W/(m.K)
Удельная теплоемкость 486 и/(кд.К)
Рис. 1. Выбор плоскости крепления и плоскости нагрузки
На основе численных расчетов были получены следующие результаты: На рис. 2 изображена модель детали находящейся под действием приложенных к ней нагрузок. По цвету модели можно отследить в каких точках деталь испытывает наибольшее и наименьшее значения нагрузок.
Мт Мах
0.463091 Ы/ттЛ2 (МРа) 9.95558 Ы/ттЛ2 (МРа)
Из данной модели можно сделать вывод: максимальные напряжения имеют наибольшее значение у внутренней и наружной поверхности модели, а в центре модели напряжения стремятся к минимуму.
По величине напряжения кольца в различных точках можно судить о возможности нарушения целостности кольца под действием внешней нагрузки и о величине запаса прочности.
Запас прочности определяется отношением фактического напряжения к пределу текучести материала. Для расчета распределения запаса прочности в Simulation Xpress используется критерий максимального относительного напряжения. Этот критерий точно определяет, что пластичный материал начинает растягиваться, когда эквивалентное напряжение достигает предела текучести материала.
Из данной модели можно сделать вывод что: запас прочности больше, чем 1,0 - это значит, что материал в этом месте не достиг предела текучести.
UtBfyM»
Рис. 3. Тип эпюры: статическое перемещение
Min Max
1.000 mm 3. 833 mm
Если запас прочности (в любом месте):
- меньше 1,0, это значит, что материал в этом месте перешел предел текучести и проект небезопасен;
- равен 1,0, это значит, что материал в этом месте практически достиг предела текучести;
- больше, чем 1,0, это значит, что материал в этом месте не достиг предела текучести. Программа Solid Works Simulation Xpress по завершению процесса моделирования
выдает значения характеризующие свойства материала детали.
В табл. 2 приведены свойства материала детали, в соответствии с примером. Полученные в таблице данные могут использоваться для других условий тепловой и механической деформации данной детали.
Вывод. В данной работе были рассчитаны статическое узловое напряжение, статическое перемещение, процесс деформации и запас прочности, что позволяет оптимизировать процесс изготовления детали.
ЛИТЕРАТУРА
1.Алямовский А. А. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский. СПб.: БХВ-Петербург, 2008. 1040 с.
Королев Альберт Викторович -
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета
Korolev Albert Viktorovich -
Doctor of technical sciences, professor, Head of Department « Technology of mechanical engineering » Saratov State Technical University
Аничкин Александр Николаевич -
аспирант кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета
Anichkin Aleksandr Nikolaevich -
Post-graduate faculty «Technology of mechanical engineering» Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 04.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
УДК 621.9.04
А.В. Королев, И.М. Ивлюшина, А.И. Комиссаров
МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА КОЛЕЦ
Исследован механизм разлома деталей типа колец шарнирных подшипников. Показано, что разлом происходит вследствие накопления энергии в материале детали под действием внешних сил. Чем больше затрачивается единовременной энергии на разлом, тем шире получается полоса, в пределах которой идет линия разлома. Использование в процессе разлома ультразвуковых колебаний позволяет уменьшить величину единовременной энергии деформации и повысить качество деталей.
Шарнирные подшипники, ультразвуковой разлом, разрушение, качество
MECHANISM OF DESTRUCTION DETAILS TYPE OF THE RINGS
The mechanism of fracture parts such as rings, swivel bearings. Shown that the fault is due to the accumulation of energy in the material details of the action of external forces. The more energy expended one-time break, the wider the band is obtained, within which is a fault line. Using a process fault ultrasonic vibrations to reduce the value of a one-time deformation energy and improve the quality of parts.
Spherical plain bearings, ultrasonic fault, failure, and quality
Обычно расчеты на прочность деталей производят из условия, что тело разрушается, если в нем возникают напряжения, превышающие предел прочности. Но так как предел прочности материала деталей не является постоянной величиной, при расчетах вводят коэффициенты запаса прочности. Коэффициенты определяются эмпирическим путем и поэтому не всегда себя оправдывают.
Более обоснованным является определение коэффициента запаса прочности исходя из расчета вероятности разрушения тела. В [1-5] предложена энергетическая теория разрушения хрупких тел. В этих работах показано, что распределение величины критического объема ма-96
А.У. Кого1еу, 1.М. Ivlyushina, А.1. Komissarov
