Fatigue life prediction of a radial cylindrical roller bearing subjected to a combined load using FEM

Chudzik, Agnieszka; Warda, Bogdan

doi:10.17531/ein.2020.2.4

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Fatigue life prediction of a radial cylindrical roller bearing subjected to a combined load using FEM

Autorzy

Chudzik Agnieszka , Warda Bogdan

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2020.2.4

Warianty tytułu

Prognozowanie trwałości zmęczeniowej promieniowego łożyska walcowego poddanego złożonemu obciążeniu z wykorzystaniem MES

Języki publikacji

Abstrakty

The article presents the results of studies on the impact of a combined load of a radial cylindrical roller bearing for its predicted fatigue life. The distributions of maximum equivalent subsurface stresses and their depths, necessary during calculations of fatigue life, were determined using the finite element method, using the basic package of the ANSYS program. The calculations took into account the geometrical parameters of the bearing, including radial clearance and the shape of the rolling elements generators. The calculation results showed that the axial load of the radial cylindrical roller bearing and the tilt of the rollers associated with its operation reduces fatigue life. The obtained results were compared with the results of calculations according to the SKF catalogue method, obtaining satisfactory compliance.

W artykule zaprezentowano wyniki badań wpływu złożonego obciążenia promieniowego łożyska walcowego na jego prognozowaną trwałość zmęczeniową. Rozkłady maksymalnych zastępczych naprężeń podpowierzchniowych oraz głębokości ich występowania, niezbędne podczas obliczeń trwałości zmęczeniowej, określono za pomocą metody elementów skończonych, z wykorzystaniem pakietu podstawowego programu ANSYS. W obliczeniach uwzględniono geometryczne parametry łożyska, w tym luz promieniowy i kształt tworzących elementów tocznych. Wyniki obliczeń wykazały, że obciążenie osiowe promieniowego łożyska walcowego i przechylenie wałeczków towarzyszące jego działaniu powoduje zmniejszenie trwałości zmęczeniowej. Otrzymane wyniki porównano z wynikami obliczeń według katalogowej metody firmy SKF, otrzymując zadowalającą zgodność.

Słowa kluczowe

rolling bearing stress distribution fatigue life finite element method combined load

łożysko walcowe rozkład naprężeń trwałość zmęczeniowa metoda elementów skończonych złożone obciążenie

Wydawca

Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne

Czasopismo

Eksploatacja i Niezawodność

Rocznik

2020

Tom

Vol. 22, no. 2

Strony

212--220

Opis fizyczny

Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chudzik Agnieszka

agnieszka.chudzik@p.lodz.pl

Department of Dynamics Lodz University of Technology Stefanowskiego 1/15, 90-537 Lodz, Poland

autor

Warda Bogdan

bogdan.warda@p.lodz.pl

Department of Vehicles and Fundamentals of Machine Design Lodz University of Technology Stefanowskiego 1/15, 90-537 Lodz, Poland

Bibliografia

1. Benchea M, Iovan-Dragomir A, Cretu S. Misalignment effects in cylindrical roller bearings. Applied Mechanics & Materials 2014; 658-659: 277-282, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.658.277.
2. Brandlein J. The fatigue life of axially loaded cylindrical roller bearings. FAG, Ball and Roller Bearing Engineering 1972; 1: 7-11.
3. Cheng W W, Shih S, Grace J, et al. Axial load effect on contact fatigue life of cylindrical roller bearings. ASME Journal of Tribology 2004; 126: 242-247, https://doi.org/10.1115/1.1614823.
4. Chudzik A, Warda B. Effect of radial internal clearance on the fatigue life of the radial cylindrical roller bearing. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2019; 21 (2): 211-219, https://doi.org/10.17531/ein.2019.2.4.
5. Claesson E. Modelling of roller bearings in ABAQUS. Chalmers, Applied Mechanics, Master's Thesis, Göteborg, Sweden, 2014: 1-38.
6. Demirhan N, Kanber B. Stress and displacement distribution on cylindrical roller bearing rings using FEM. Mechanics Based Design of Structures and Machines 2008; 36: 86-102, https://doi.org/10.1080/15397730701842537.
7. Fernlund I, Synek V. Influence of axial loads on the life of cylindrical roller bearings. SKF, The Ball Bearing Journal 1967; 151: 21-26.
8. Golbach H. Integrated non-linear FE module for rolling bearing analysis. INA reprint "Proceedings of NAFEMS WORLD CONGRESS '99 on Effective Engineering Analysis", Vol. 2, Newport, Rhode Island, USA, 25-28 April 1999: 1-12.
9. Göncz P, Ulbin M, Glodež S. Computational assessment of the allowable static contact loading of a roller-slewing bearing's case-hardened raceway. International Journal of Mechanical Sciences 2015; 94 95: 174-184, https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2015.03.006.
10. Guo Y, Parker R G. Stiffness matrix calculation of rolling element bearings using a finite element/contact mechanics model. Mechanism and Machine Theory 2012; 51: 32-45, https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2011.12.006.
11. Kang Y, Shen P, Huang C, Shyr S, Chang Y. A modification of the Jones-Harris method for deep-groove ball bearings. Tribology International 2006; 39: 1413-1420, https://doi.org/10.1016/j.triboint.2005.12.005.
12. Kania L. Modelling of rollers in calculation of slewing bearing with the use finite elements. Mechanism and Machine Theory 2006; 41: 1359-1376, https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2005.12.007.
13. Kosmol J. Extended model of angular bearing - influence of fitting and pre-deformation. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2019; 21 (3): 493-500, https://doi.org/10.17531/ein.2019.3.16.
14. Harris TA, Kotzalas MN. Rolling Bearing Analysis, Fifth Edition -2 Volume Set. CRC Press; 2007, https://doi.org/10.1201/9781482275148.
15. Krzemiński-Freda H, Warda B. The effect of roller end-flange contact shape upon frictional losses and axial load of the radial cylindrical roller bearing. Proc. of the 15th Leeds-Lyon Symp. on Tribology, 6th-9th September 1988: 287-295, https://doi.org/10.1016/S0167-8922(08)70205-0.
16. Laniado-Jácome E: Numerical model to study of contact force in a cylindrical roller bearing with technical mechanical event simulation. Journal of Mechanical Engineering and Automation 2011; 1 (1): 1-7, https://doi.org/10.5923/j.jmea.20110101.01.
17. Lee J, Pan J. Closed-form analytical solutions for calculation of loads and contact pressures for roller and ball bearings. Tribology International 2016; 103: 187-196, https://doi.org/10.1016/j.triboint.2016.06.042.
18. Li S. A mathematical model and numeric method for contact analysis of rolling bearings. Mechanism and Machine Theory 2018; 119: 61-73, https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.08.020.
19. Liu J, Shi Z, Shao Y. An investigation of a detection method for a subsurface crack in the outer race of a cylindrical roller bearing. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2017; 19 (2): 220-228, https://doi.org/10.17531/ein.2017.2.8.
20. Lundberg G, Palmgren A. Dynamic capacity of rolling bearings. Acta Polytech Scand Mech Eng 1947; 1(3): 1-52.
21. Lundberg G, Palmgren A. Dynamic capacity of roller bearings. Acta Polytech Scand Mech Eng 1952; 2(4): 96-127.
22. Łazarz B., Peruń G., Bucki S.: Application of the finite-element method for determining the stiffness of rolling bearings. Transport Problems 2008; 3 (3): 33-40.
23. Łożyska toczne SKF. PUB BU/P1 10000 PL, 2014.
24. Poplawski J V, Peters S , Zaretsky E V. Effect of roller profile on cylindrical roller bearing life prediction - Part II Comparison of roller profiles. Tribology Transactions 2001; 44 (3): 417-427, https://doi.org/10.1080/10402000108982476.
25. Shah Maulik J, Darji P H. Fatigue life improvement through reduction of edge pressure in cylindrical roller bearing using FE analysis. International Journal For Technological Research in Engineering 2014; 1 (10): 1069-1074.
26. Tong V C, Kwon S W, Hong S W. Fatigue life of cylindrical roller bearings. Proc IMechE Part J: J Engineering Tribology 2016; 231: 623-636, https://doi.org/10.1177/1350650116668767.
27. Warda B. Wykorzystanie istniejących teorii zmęczenia powierzchniowego do prognozowania trwałości złożonych węzłów tocznych. Zeszyty Naukowe PŁ, Łódź 2009; 1055 (386): 1-159.
28. Warda B, Chudzik A. Fatigue life prediction of the radial roller bearing with the correction of roller generators. International Journal of Mechanical Sciences 2014; 89: 299-310, https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2014.09.015.
29. Warda B, Chudzik A. Effect of ring misalignment on the fatigue life of the radial cylindrical roller bearing. International Journal of Mechanical Sciences 2016; 111-112: 1-11, https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2016.03.019.
30. Xia X, Zhu S, Jia C, Niu R. Study of interval of arc modification length of cylindrical roller using ANSYS. International Journal of Engineering and Science 2012; 1 (1): 8-13.
31. Xia X, Shang Y, Zhu S. Effects of misalignment in cylindrical roller bearings on contact between roller and inner ring. IOSR Journal of Engineering 2013; 3 (5): 1-8, https://doi.org/10.9790/3021-03540108.
32. Zhao H: Analysis of load distributions within solid and hollow roller bearings. ASME Journal of Tribology 1998; 120: 134-139, https://doi.org/10.1115/1.2834176.
33. Zhenhuan Y, Liqin W, Le G, Chuanwei Z. Effects of tilted misalignment on loading characteristics of cylindrical roller bearings. Mechanism and Machine Theory 2013; 69:153-167, https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2013.05.006.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-1a43adce-8f9f-4f96-8c8c-cd54a1c79567