Moduli per cuscinetti
Simpack simula l'interazione dei cuscinetti con il sistema completo
Simulare i cuscinetti con Simpack
I cuscinetti sono gli elementi della macchina più utilizzati nella trasmissione di potenza. Un cuscinetto volvente progettato male può causare rapidamente danni al cuscinetto stesso e alla trasmissione. Nel peggiore dei casi, una reazione a catena induce la perdita totale dell'intero sistema. I moduli Simpack Bearing consentono la modellazione di vari tipi di cuscinetti volventi, come cuscinetti a sfere, a cilindro e a rulli, oltre a cuscinetti radenti e cuscinetti elastoidrodinamici.
Cuscinetti radenti
Il cuscinetto radente è un elemento di forza utilizzato per modellare i cuscinetti radenti radiali o assiali utilizzando una rigidità non lineare e una legge di smorzamento. Questo elemento di forza può modellare qualsiasi tipo di cuscinetto radiale o assiale in cui una legge della forza che agisce solo su due marcatori sarebbe insoddisfacente. Simpack Journal Bearing agisce tra diversi marcatori sulla shell e un marcatore centrale sull'albero. È possibile ottenere un effetto 3D aggiungendo diversi elementi di forza in una riga.
Cuscinetto elastoidrodinamico
Questo elemento di forza può simulare cuscinetti idrodinamici risolvendo l'equazione di Reynolds in modo accurato ed efficiente. L'elemento comprende l'idrodinamica del corpo rigido (HD), l'elastoidrodinamica unilaterale (EHF) ed elastoidrodinamica a due lati (DEHD). Permette di valutare gli effetti della temperatura globale (TEHD) sul cuscinetto e sui solidi circostanti. I parametri di progettazione speciali consentono di prendere in considerazione facilmente i fori dell'olio, le scanalature... È possibile simulare qualsiasi livello di dettaglio. L'elemento può anche simulare la dinamica delle fasce elastiche del pistone.
BEARINX®
Simpack BEARINX Map for Rolling Bearings consente l'utilizzo del software BEARINX® di Schaeffler Technologies in Simpack. BEARINX® consente di calcolare con precisione le forze e le coppie dei cuscinetti per molti cuscinetti volventi.
La rigidità non lineare, gli effetti di accoppiamento e il gioco del cuscinetto sono descritti da un campo caratteristico in un file BEARINX Map (.bxm), fornito da Schaeffler Technologies.
Simpack Rolling Bearings
Ostacoli nella progettazione e nella selezione di cuscinetti volventi
I cuscinetti sono gli elementi della macchina più utilizzati nella trasmissione di potenza. Un cuscinetto volvente progettato male può causare rapidamente danni al cuscinetto stesso e alla trasmissione. Nel peggiore dei casi, una reazione a catena induce la perdita totale dell'intero sistema. Lavori di ricerca di base dettagliati (ad esempio PALMGREN, LUNDBERG, GAERTNER, vedere [1], [3] e [4]) hanno introdotto formule standardizzate. Queste formule consentono agli ingegneri di progettare e selezionare correttamente i cuscinetti in termini di capacità di trasporto tramite lo spettro di carico dei cuscinetti. Per calcolare una durata affidabile, lo spettro di carico deve essere il più realistico possibile. Tuttavia, a causa dei carichi operativi sconosciuti e delle complesse interazioni tra il cuscinetto e il sistema, i carichi dei cuscinetti rappresentativi richiesti sono difficili da stimare. Inoltre, la crescente domanda di riduzione delle emissioni acustiche e di analisi dettagliate del percorso di trasferimento solleva dubbi sulla dinamica dettagliata del cuscinetto volvente e sulla sua influenza sulla dinamica del sistema. Per affrontare tutti questi importanti argomenti di progettazione, gli ingegneri hanno bisogno di strumenti potenti per l'analisi dinamica dei cuscinetti a rulli e dei sistemi.
Elementi per cuscinetti volventi Simpack Rolling Bearing
Per affrontare gli ostacoli menzionati nell'analisi dei cuscinetti volventi, Simpack offre l'elemento di forza "Cuscinetto volvente". Questo elemento di forza simula in modo efficiente tutti i tipi comuni di cuscinetti volventi risolvendo i contatti dell'elemento volvente tenendo conto della geometria interna. Da un lato, questo approccio prende in considerazione il comportamento di trasmissione dettagliato di un cuscinetto, poiché considera le caratteristiche di rigidità non lineare, il gioco e l'accoppiamento trasversale. L'approccio copre anche le eccitazioni generate dal cuscinetto (ad esempio a causa degli elementi volventi che passano attraverso la zona caricata). L'elevata efficienza di questo elemento di forza e la considerazione degli effetti di trasmissione ed eccitazione di un cuscinetto consentono all'ingegnere di generare spettri di carico realistici, che prendono in considerazione l'interazione del cuscinetto volvente con l'intero sistema. In termini di capacità di trasporto, struttura leggera ed emissioni acustiche, questo elemento semplifica la progettazione e la selezione della migliore soluzione di cuscinetti.
Tipi di cuscinetti supportati
- Cuscinetti a sfere: scanalatura profonda, angolare, reggispinta, a quattro punti
- Cilindro/Ago: radiale, reggispinta
- Cuscinetto a rulli conici
- Cuscinetti a rullo cilindrico e sferico
Caratteristiche principali dei cuscinetti volventi
- Valutazione del contatto locale che considera la geometria interna: rigidità non lineare, accoppiamento trasversale, gioco
- Possibilità di personalizzazione completa (diametro primitivo, numero di elementi volventi, diametro dell'elemento volvente, raggi della scanalatura, profilo del rullo, angolo conico…)
- Concetto di modellazione per riga: consente di tutte le file di cuscinetto che si desidera
- Attrito definito dall'utente: parti di attrito dipendenti dal carico e indipendenti dal carico, coefficiente di attrito dipendente dalla velocità
- Smorzamento del contatto locale
- Riduce al minimo il rischio di una configurazione del cuscinetto volvente con smorzamento eccessivo
- Cuscinetti flessibili, anche per cuscinetti a più file
- Capacità in tempo reale (convincersi, testare gli esempi di modelli forniti nella documentazione di Simpack)
- Le elevate prestazioni dell'elemento di forza consentono simulazioni olistiche
Analisi e output del cuscinetto volvente
- Simulazione rapida, affidabile e precisa di cuscinetti a rulli come modello autonomo o come parte di un sistema completo
- Carico radiale, assiale e di inclinazione complessivo
- Carichi radiali e assiali per elemento rotante
- Flessione dell'intero cuscinetto e dei rulli singoli
- Pressione di contatto
- Distribuzione del carico (ad esempio per calcolare la vita nominale di riferimento modificata secondo la norma ISO16281 [4])
- Perdita di potenza e coppia di attrito
- Output generali del corpo flessibile forniti da Simpack (vedere moduli di simulazione del corpo flessibile)
Esempio di simulazione di un cuscinetto autonomo e olistico
Analizza la distribuzione del carico con profili varianti dei rulli:
Riferimenti:
[1] Gaertner: Ueber die Lebensdauer von Kugellagern, Dinglers Polytechnisches Journal, 1918
[2] Palmgren, A.: Ball and roller bearing engineering. Seconda edizione. S.H. Burband & Co., Inc., Philadelphia, 1945.
[3] ISO 16281: Rolling bearings — Methods for calculating the modified reference rating life for universally loaded bearings. ISO 16281, Technical Specification. Giugno 2018
[4] Schlecht, B.: Maschinenelemente 2: Getriebe, Verzahnungen, Lagerungen. München: Pearson Studium, 2010.
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