До питання мінімізації контактних напружень у підшипниках букс вантажних вагонів

Abstract

UA: У статті викладено результати дослідження напружено-деформованого стану циліндричних роликових підшипників буксових вузлів вантажних вагонів. Для розрахунків використовували методи механіки деформованого твердого тіла, реалізовані за допомогою методу скінченних елементів. Розмір сітки скінченних елементів у зоні контакту ролика та доріжок кілець вибрано за допомогою графоаналітичного методу. Для врахування складної форми елементів буксових вузлів і збільшення точності розрахунків використовували тетраедри з криволінійною формою ребер. У розрахунках ураховано найбільш несприятливий варіант завантаження корпусу: сумісна дія вертикального статичного та динамічного навантаження. Зазначені навантаження моделювали через прикладення сили до верхніх приливів корпусу букси у вузлах. Розподілення напружень уздовж твірної ролика має відносно нестабільний характер, причому в зоні переходу від твірної до торця ролика спостерігають різке збільшення напружень («крайковий» ефект). Модернізація сталевого корпусу букси зі зміненою конструкцію опорної поверхні, де була розташована полімерна прокладка, дала змогу зменшити максимальні контактні напруження на 20 %.

EN: The article presents the results of a study of the stress–strain state of cylindrical roller bearings in the axleboxes of freight wagons. The calculation of contact stresses in the contact zone between the rings and rollers was performed on the basis of Hertzian contact theory. During the calculations, methods of solid-body deformation mechanics were used, implemented through the finite element method. The mesh size of the finite elements in the bearing raceway contact zone was selected using a graph-analytical method. To create a folding shape for the elements of the axle box units and to increase the accuracy of the alignments, tetrahedra with curved edges were formed. The model of a typical freight wagon axlebox includes the axlebox housing, two cylindrical roller bearings, and an axle to simulate possible axle bending. The most unfavorable loading condition of the housing was considered: the combined action of vertical static and dynamic loads. These loads were simulated by applying a force to the upper part of the axlebox housing at the nodes. The distribution of stresses along the roller generatrix is relatively unstable: in the transition zone from the generatrix to the roller end, a sharp increase in stresses («edge effect») is observed. This is also typical for other rollers in the contact zone. Modernizing the steel axlebox housing by altering the design of the support surface where the polymer liner was located made it possible to reduce the maximum contact stresses by 20 %. The loads between the rollers became evenly distributed in both the front and rear bearings, with peak values occurring on the central roller. The «edge effect» is practically absent. The difference in radial loads on the front and rear bearings was almost completely eliminated due to misalignment compensation by the polymer liner. Compared with the typical axlebox unit, a greater number of rollers were involved in absorbing external loads, which increases the bearing’s service life.