Devising an engineering procedure for calculating the ductility of a roller bearing under a no-central radial load

Abstract

Known theoretical approaches to calculating the ductility of rolling bearings include rather complicated analytical dependences and require cumbersome computation. That makes it a relevant task to undertake a research aimed at the development of an engineering approach to the calculation of radial ductility of bearings. The current study proposes an engineering method for determining radial ductility using cylindrical roller bearings as an example. It accounts for the radial gap, contact deformation of parts, the deformations of bending and misalignment of rings for cases when a bearing is exposed to the action of a central radial load and a radial load with eccentricity. The adopted simplified linear calculation model for determining the angle of rings misalignment is valid for small angles when contact is maintained over the entire length of the roller. Computation of radial ductility of roller bearings under a no-central radial load is based on determining the sum of variable elastic deformations in a contact between rings and the most loaded roller. The values for elastic deformations are determined from known formulae for solving the contact problem in elasticity theory taking into consideration a mismatch between the geometric centers of outer and inner rings. Adequacy of the proposed engineering procedure has been confirmed by results from calculating the specific ductility of the cylindrical roller bearing 2211 with a central radial load. By using the proposed methodology, we have derived values for specific ductility that are 3...4 % lower compared to similar results obtained from a known procedure. By using the cylindrical roller bearing 42726 as an example, we have investigated structural parameters considering a no-central radial load. A decrease in the bearing 42726 ductility with an increase in the number of rollers and rigidity of the outer ring has been shown, as well as with a decrease in the eccentricity of a radial load. The ductility of rolling bearings must be known when constructing dynamic models of certain machines: machine tool spindles, shaft-gears at large-size reducers, crane structures. Therefore, the proposed engineering procedure for determining the ductility of roller bearings at small angles of rings misalignment could be applied in the practice of designing machines and mechanisms for which the elastic characteristics of all their components are important.

Відомі теоретичні підходи до розрахунку податливості підшипників кочення містять досить складні аналітичні залежності і вимагають громіздких обчислень. Тому дослідження, яке спрямоване на розробку інженерного підходу до розрахунку радіальної податливості підшипників, є актуальним. У цьому дослідженні запропонована інженерна методика визначення радіальної податливості на прикладі циліндричних роликових підшипників. Враховано радіальний зазор, контактні деформації деталей, деформації вигину і перекіс кілець для випадків дії на підшипник центрального радіального навантаження і радіального навантаження з ексцентриситетом. Прийнята спрощена лінійна розрахункова модель визначення кута перекосу кілець справедлива для малих кутів, коли зберігається контакт по всій довжині ролика. Розрахунок радіальної податливості роликових підшипників при не центральному радіальному навантаженні ґрунтується на визначенні суми змінних пружних деформацій в контакті кілець і найбільш навантаженого ролика. Значення пружних деформацій визначаються за відомими формулами рішення контактної задачі теорії пружності з урахуванням розбіжності геометричних центрів зовнішнього і внутрішнього кілець. Адекватність запропонованої методики підтверджується результатами розрахунків питомої податливості циліндричного роликового підшипника 2211 з центральним радіальним навантаженням. За запропонованою методикою отримані значення питомої податливості на 3...4 % менші в порівнянні з аналогічними результатами відомої методики. На прикладі циліндричного роликового підшипника 42726 проведено дослідження конструктивних параметрів з урахуванням не центрального радіального навантаження. Показано зниження податливості підшипника 42726 зі збільшенням кількості роликів і жорсткості зовнішнього кільця, а також зі зменшенням ексцентриситету радіального навантаження. Податливість підшипників кочення необхідно знати при складанні динамічних моделей деяких машин: шпинделів верстатів, валів-шестерень великогабаритних редукторів, кранових конструкцій. Тому запропонована інженерна методика визначення податливості роликових підшипників при малих кутах перекосів кілець може знайти застосування в практиці проектування машин і механізмів, де важливі пружні характеристики всіх їх елементів.