Перейти к содержимому

Фотография
- - - - -

Расчет роликов ручной и МКЭ

ролики контактные напряжения solid simulation МКЭ подшипники качения

  • Авторизуйтесь для ответа в теме
Сообщений в теме: 2

#1 Medved_Fyodor

Medved_Fyodor

    Новичок

    • Сфера деятельности:Конструирование
  • Зарегистрирован
  • Pip
  • 2 сообщений

Отправлено 22 Март 2019 - 12:53

Доброго времени суток!
 
Хочу задать вопрос касательно методов ручного расчета на прочность и МКЭ.
 
Передо мной стоит задача проверить ролики на прочность. 
На них в направлении перпендикулярном оси, действует сила. Но так как ролики обкатываются друг относительно друга, то нагрузка по сути циклическая. В месте касания роликов образуются контактные напряжения, величину которых мне и нужно узнать.
 
Основная проблема в том, что ручные методы расчета дают отличный от МКЭ результат. Причем разница довольно большая.
 
 
Приведу пример: Вот задача из учебника Иванов М.Н., Финогенов В.А. «Детали машин» (стр. 120).

186604e8e103.jpg

Два цилиндра контактируют первоначально друг с другом по линии, под нагрузкой – по площадке. Величину контактных напряжений для случая цилиндров из одного материала определяют по формуле:

 

7ef0dbbd2013.jpg

Где Епр, ro_пр – приведенные модуль упругости и радиус кривизны.

 

2a1e7357fa0a.jpg

 

Тогда возьмем например два одинаковых цилиндра из хромистой нержавеющей стали радиусами по 15мм и длиной 50мм и нагрузим их силой 100Н перпенидкулярно их осям.

 

Тогда расчеты в MathCad по выше указанным формулам будут выглядеть так:

 

83a9b98e81ce.jpg

 

Контактное напряжение составляет приблизительно 101МПа.

 

Теперь попробую рассчитать контактные напряжения при помощи Solidworks Simulation методом МКЭ.

Для этого создам модель цилиндра с очень небольшим срезом с двух сторон, который и будет имитировать ту самую площадку контакта.

 

 

efc412e9ebba.jpg

1629ffb08776.jpg

 

Далее создаю сборку двух цилиндров, на площадки контакта и торцевые поверхности накладываю сопряжения совпадения. В Simulation в статическом анализе задаю граничные условия – жесткая заделка на нижнюю площадку, а на верхнюю прикладываю усилие 100 Н. Глобальный контакт – связанные.

 

Создаю стандартную сетку с радиусом конечного элемента 0,05мм. Схема нагружения вместе с сеткой выглядят так:

 

 

01716e84d83b.png

 

А результаты расчетов выглядят вот так:

4ab8f42688e1.jpg

 

Была так же попытка попробовать изменить тип контакта – без проникновения, но результаты почти не отличаются.

Максимальное контактное напряжение 3,27Мпа.

 

Вопрос: как вы считаете, с чем связана такая большая разница? Какому методу расчета стоит больше доверять? Я делаю что-то не так? Что именно?

 



#2 Игорь Су

Игорь Су

    Знаток

    • Имя:Игорь Су
    • Сфера деятельности:Конструирование
  • Зарегистрирован
  • PipPipPip
  • 175 сообщений

Отправлено 23 Март 2019 - 21:13

А при ручном расчете в каких единицах считаете радиусы? У Вас должно ведь быть в метрах. Получаются цилиндры с радиусами по 15 м!!! Так что приведенный радиус кривизны у вас должен быть 0,0075м. И q должно быть равно 100/0,05=2000 Н/м

ЗЫ М-да, в результате получается порядка 98,9 МПа.

Тогда другой вопрос: я то с расчетами в солиде дела не имел, но надо ли срезы делать на цилиндрах? Не должна программа учитывать сама деформации?



#3 Medved_Fyodor

Medved_Fyodor

    Новичок

    • Сфера деятельности:Конструирование
  • Зарегистрирован
  • Pip
  • 2 сообщений

Отправлено 03 Апрель 2019 - 18:39

А при ручном расчете в каких единицах считаете радиусы? У Вас должно ведь быть в метрах. Получаются цилиндры с радиусами по 15 м!!! Так что приведенный радиус кривизны у вас должен быть 0,0075м. И q должно быть равно 100/0,05=2000 Н/м

ЗЫ М-да, в результате получается порядка 98,9 МПа.

Тогда другой вопрос: я то с расчетами в солиде дела не имел, но надо ли срезы делать на цилиндрах? Не должна программа учитывать сама деформации?

 

Во-первых, большое спасибо Вам за ответ! И извините, что с моим так затянуто. 

 

Во-вторых: касательно единиц измерения в формуле. Результат напряжений получаем в МПа, поэтому все единицы длины нужно подставлять в мм. Проверку размерностей смотрите на рисунке ниже. Солид даёт результат в паскалях, но это значит, что число просто надо разделить на 10^6. 

 

14b2d7ed04b7.jpg

 

В-третьих, касательно формы деталей. Действительно это так, солид позволяет вести расчеты и просто круглых цилиндров. Но при этом от дробления поверхности все равно не убежать, так как задание ограничений и нагрузок нужно произвести по ограниченной поверхности - длинной узкой площадке. Использую инструмент "разделяющая линия". Без нее фиксация или нагрузка приходились бы на всю поверхность цилиндра.

 

Но конкретно в моём случае есть еще одна сложность. В моей конструкции несколько рядов роликов, плюс ситуация усложняется ещё и тем, что некоторые из них конические. То есть нагрузка передается не просто "ролик-ролик-стенка", а "ролик-ролик-ролик-стенка". В вопросе на форуме приведена самая простая задача. Хотелось бы добиться совпадения ручного метода расчета с МКЭ хотя бы с ней, а уж потом переходить к более сложному. С цилиндрической формой не сразу удалось добиться того, чтобы напряжения передавались от ролика к ролику по цепочке. Когда их было несколько рядов, то те, что в середине, оставались просто "синими". Пришлось поиграться с глобальными контактами, и с формой цилиндров. Хотя бы какие-то результаты стали появляться, когда все ролики начали контактировать по искусственно созданным площадкам, поэтому здесь и показан пример именно с вырезами. 

 

Хотя вот сейчас нагружены два цилиндрических ролика без специальных вырезов. Но все равно результаты двух решений далеки друг от друга. 

 

c44ffe0cfe8f.jpg

 

Вы написали, что расчеты в солиде не делали. А в чем тогда? :)







Темы с аналогичным тегами ролики, контактные напряжения, solid simulation, МКЭ, подшипники качения

Количество пользователей, читающих эту тему: 0

0 пользователей, 0 гостей, 0 анонимных