An extended model of angular bearing - influence of fitting and pre-deformation

• Autorzy: Kosmol Jan

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2019.3.16

Warianty tytułu

PL

Rozszerzony model łożyska tocznego – wpływ pasowania i odkształcenia wstępnego

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper presents a modeling of angular bearing in the context of motion resistance. It was assumed that the motion resistance depends on the contact forces. For that reason, the main goal of modeling was an estimation of the forces and determination of the influence of such parameters, like rotational speed of the bearing ring, pre-displacement of the bearing and fit of the shaft and the inner ring, exerted on those forces. In the literature, when estimating the contact forces, such parameters are taken into account very rarely. The modelling was performed by means of a numerical method, viz. FEM. The modeling results show that the omission of such parameters will lead to big errors in estimation of contact forces, and those errors may be as high as 100%, or even higher. The real motion resistance will be bigger than calculated.

PL

W artykule przedstawiono modelowanie łożyska tocznego skośnego w kontekście oporów ruchu. Ponieważ przyjęto, że opory ruchu są proporcjonalne do sił kontaktowych to głównym celem modelownia stało się oszacowanie ich wielkości oraz określenie wpływu takich parametrów jak prędkość obrotowa pierścienia łożyskowego, wstępne odkształcenie łożyska i pasowania wałka i pierścienia łożyskowego na te siły. W literaturze tematu parametry te są rzadko albo w ogóle nieuwzględniane przy szacowaniu sił kontaktowych. Modelowanie przeprowadzono metodą numeryczną MES. Wyniki modelowania pokazują, że pomijanie ww. parametrów prowadzi do błędnego oszacowania sił kontaktowych, tj. do ich zaniżania, a błędy mogą sięgać 100% i więcej. W rezultacie rzeczywiste opory ruchu będą większe od oszacowanych na drodze numerycznej.

Słowa kluczowe

EN

angular bearing; motion resistance; FEM

PL

łożysko toczne; opory ruchu; MES

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 21, no. 3
• Strony: 493--500
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kosmol Jan

• Department of Machine Technology Silesian University of Technology ul. Konarskiego18A, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• 1. Alfares M A, Elsharkawy A. Effects of axial preloading of angular contact ball bearings on the dynamics of a grinding machine spindle system. Journal of Materials Processing Technology 2003; 136: 48-59, https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00846-4.
• 2. Antoine F, Abba G, Molinari A. A new Proposal for Explicit Angle Calculation in Angular Contact Ball Bearing. Journal of Mechanical Design 2005;128 (2): 468-478, https://doi.org/10.1115/1.2168467.
• 3. Cao Hongrui, Chen Xuerfeng, He Zhengija: Study of characteristic variations of high-speed spindles induced by centrifugal expansion deformations. Journal of Vibroengineering 2012; 14(3): 1278-1292.
• 4. Chen J-S, Hwang Y-W. Centrifugal force induced dynamics of motorized high-speed spindle. Int. J. Ad. Manuf. Technol. 2006; 30: 10-19, https://doi.org/10.1007/s00170-005-0032-y.
• 5. Chudzik A, Warda B. Wpływ wewnętrznego luzu promieniowego na trwałość zmęczeniową promieniowego łożyska walcowego. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2019; 2 (21): 1-20, https://doi.org/10.17531/ein.2019.2.4.
• 6. Harris T A, Kotzalas M N. Essential concepts of Bearing Technology. London: Taylor&Francis Group, 2007, https://doi.org/10.1201/9781420006599.
• 7. Itoigawa F, Nakamura T, Matsubara T. Starvation in ball bearing lubricated by oil and air lubrication system. Tribology for Energy Conservation/D. Dawson et al. (Editors), Elsevier Science B.V 1998; 243-252, https://doi.org/10.1016/S0167-8922(98)80079-5.
• 8. Jędrzejewski J, Kwaśny W. Modelling of angular contact ball bearings and axial displacements for high-speed spindles. CIRP Annals-Manufacturing Technology 2010; 59: 377-383, https://doi.org/10.1016/j.cirp.2010.03.026.
• 9. Kosmol J. Determination of motion resistances in high-speed spindle angular bearings. Monography. Gliwice: Silesian University of Technology, 2016.
• 10. Kosmol J. Extended contact model of angular bearing. Journal of Theoretical and Applied Mechanics 2019; 57(1): 59-72, https://doi.org/10.15632/jtam-pl.57.1.59.
• 11. Liao N T, Lin J F. Ball bearing skidding under radial and axial loads. Mechanism and Machine Theory 2002; 37: 91-113, https://doi.org/10.1016/S0094-114X(01)00066-0.
• 12. Musiał J, Styp-Rekowski M. Analytical and experimental method of resistance motion coefficient determination in rolling friction. Proceedings of conference "Problems of unconventional bearing configuration", Łódź 1999: 59-65.
• 13. Noel D, Rithou M, Furet B, Leloch S. Complete Analytical Expression of the Stiffness Matrix of Angular Contact Ball Bearing. Journal of Tribology 2013; 135 (4): 04110-1- 04110-7, https://doi.org/10.1115/1.4024109.
• 14. Palmgren A. Łożyska toczne., Warszawa: PWT, 1951
• 15. Raczyński A, Kaczor J. Wpływ zacisku wstępnego łożysk kulkowych skośnych na trwałość łożyskowania. Zeszyty naukowe Politechniki Śląskiej Seria: Transport 2015; 83: 191-203.
• 16. Smolnicki T, Stańco M. Selected aspects of the maintenance of large-size rolling bearing. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2009; 2 (42): 25-30.
• 17. Sum-Min Kim, Sun-Kuy Lee. Prediction of thermoelastic behavior in a spindle-bearing system considering bearing surroundings. International Journal of Machine Tools & Manufacture 2001; 41: 809-831, https://doi.org/10.1016/S0890-6955(00)00103-6.
• 18. Zivkovic A,. et al. A study of thermal behaviour of the machine tool spindle. Thermal Science 2018; 16, https://doi.org/10.2298/TSCI180129118Z.
• 19. Zivkovic A, Zivkovic M, Tabakovic S, Milojevic Z. Mathematical modelling and experimental testing of high-speed spindle behvior. Int J Adv Manuf Technol 2015; 77:1071-1086, https://doi.org/10.1007/s00170-014-6519-7.