베어링 모듈

베어링과 전체 시스템의 상호작용을 시뮬레이션하는 Simpack

Simpack으로 베어링 시뮬레이션

베어링은 동력 전달에서 가장 자주 사용되는 기계 요소입니다. 설계가 잘못된 롤링 베어링은 베어링 자체와 구동계의 손상을 빠르게 초래할 수 있습니다. 최악의 경우, 연쇄 반응으로 전체 시스템이 완전히 손실될 수도 있습니다. Simpack 베어링 모듈을 사용하면 볼, 실린더 및 배럴 베어링과 저널 베어링 및 EHD 베어링과 같은 다양한 유형의 롤링 베어링을 모델링할 수 있습니다.

저널 베어링

저널 베어링은 비선형 강성 및 감쇠 법칙을 사용하여 방사형 또는 축방향 저널 베어링을 모델링하는 데 사용되는 힘 요소입니다. 이 힘 요소는 두 개의 마커에만 작용하는 힘 법칙이 만족스럽지 않은 모든 종류의 방사형 또는 축 방향 베어링을 모델링할 수 있습니다. Simpack 저널 베어링은 쉘의 여러 마커와 샤프트의 한 중앙 마커 사이에서 작용합니다. 여러 힘 요소를 한 줄로 추가하면 3D 효과를 얻을 수 있습니다.

EHD 베어링

이 힘 요소는 Reynolds 방정식을 정확하고 효율적으로 풀어 유체역학적 베어링을 시뮬레이션할 수 있습니다. 이 요소에는 강체 유체(HD), 단면 탄성유체(EHF) 및 양면 탄성유체(DEHD)이 포함됩니다. 베어링 및 주변 고체의 전역 온도 효과(TEHD)를 고려할 수 있습니다. 특수 설계 파라미터를 통해 오일 보어, 홈 등을 쉽고 사용자 친화적으로 고려할 수 있습니다. 모든 수준의 디테일을 시뮬레이션할 수 있으며, 이 요소는 피스톤 링 동역학도 시뮬레이션할 수 있습니다.

BEARINX®

롤링 베어링을 위한 Simpack BEARINX Map은 Simpack의 Schaeffler Technologies에서 제공하는 BEARINX® 소프트웨어를 사용할 수 있도록 지원합니다. BEARINX®는 많은 롤링 베어링에 대한 정확한 베어링 하중 및 토크를 계산할 수 있습니다.
비선형 강성, 커플링 효과 및 베어링 간극은 Schaeffler Technologies가 제공해야 하는 BEARINX Map(.bxm) 파일의 특성 필드로 설명됩니다.

Simpack 롤링 베어링

롤링 베어링 설계 및 선택의 장애물

베어링은 동력 전달에서 가장 자주 사용되는 기계 요소입니다. 설계가 잘못된 롤링 베어링은 베어링 자체와 구동계의 손상을 빠르게 초래할 수 있습니다. 최악의 경우, 연쇄 반응으로 전체 시스템이 완전히 손실될 수도 있습니다. 자세한 기본 연구(예: PALMGREN, LUNDBERG, GAERTNER의 경우 [1], [3], [4] 참조)를 통해 표준화된 공식이 도입되었습니다. 이러한 공식을 사용하여 엔지니어는 베어링 부하 스펙트럼을 통해 전달 능력 측면에서 베어링을 적절히 설계하고 선택할 수 있습니다. 신뢰할 수 있는 수명 기대치를 계산하려면 부하 스펙트럼이 가능한 한 현실적이어야 합니다. 그러나 작동 하중을 알 수 없고 베어링과 시스템 간의 복잡한 상호 작용으로 인해 요구되는 표현 베어링 하중을 예측하기가 어렵습니다. 또한 음향 방출 감소 및 상세 전달 경로 해석에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 상세한 롤링 베어링 동역학과 시스템 동역학에 미치는 영향에 대한 의문이 제기되고 있습니다. 엔지니어가 직면한 이러한 모든 복잡한 설계 주제를 다루려면 동적 롤러 베어링 및 시스템 분석을 위한 강력한 도구가 필요했습니다.

Simpack 롤링 베어링 요소

롤링 베어링 해석에서 언급된 장애물을 극복하고자 Simpack은 힘 요소 "롤링 베어링"을 제공합니다. 이 힘 요소는 내부 지오메트리를 고려하여 롤링 요소 접촉을 처리함으로써 모든 일반적인 유형의 롤링 베어링을 효율적으로 시뮬레이션합니다. 한편으로, 이 접근 방식은 비선형 강성 특성, 간극 및 교차 커플링을 고려하기 때문에 베어링의 상세 전달 거동을 고려합니다. 또한, 베어링에 의해 생성되는 가진도 포함합니다(예: 하중 영역을 통과하는 롤링 요소에서 기인). 이 힘 요소의 높은 효율성과 베어링의 전달 및 가진 효과를 고려하면 엔지니어는 롤링 베어링과 전체 시스템의 상호작용을 고려한 사실적인 부하 스펙트럼을 생성할 수 있습니다. 전달 능력, 경량 구조, 음향 방출 측면에서 이 요소는 최고의 베어링 솔루션을 쉽게 설계하고 선택할 수 있도록 합니다.

지원되는 베어링 유형

볼 베어링: 깊은 홈, 각도, 추진력, 4점
실린더/바늘: 방사, 추진력
테이퍼드 롤러 베어링
배럴 및 구형 롤러 베어링

롤링 베어링의 주요 특징

내부 지오메트리를 고려한 로컬 접촉 평가: 비선형 강성, 교차 커플링, 간극
완전한 맞춤 설정 가능(피치 직경, 롤링 요소 수, 롤링 요소 직경, 홈 반경, 롤러 프로파일, 테이퍼 각도…)
행별 모델링 개념: 원하는 만큼 베어링 행 설계
사용자 정의 마찰: 하중 의존적 및 하중 독립적 마찰 부분, 속도 의존 마찰 계수
로컬 접촉 감쇠
롤링 베어링 설정 과감쇠 위험 최소화
다열 베어링에도 사용할 수 있는 유연한 베어링
실시간 기능(Simpack 문서 내에서 제공된 예제 모델을 테스트하여 직접 확인)
힘 요소의 고성능으로 전체적인 시뮬레이션 가능

롤링 베어링의 해석 및 출력

독립형 모델 또는 전체 시스템의 일부로 롤러 베어링의 빠르고 견고하며 정확한 시뮬레이션
전체 방사형, 축 방향 및 기울기 하중
롤링 요소당 반경 방향 및 축 하중
전체 베어링 및 단일 롤러의 변형
접촉 압력
하중 분포(예: ISO16281 [4]에 따라 수정된 기준 정격 수명 계산)
동력 손실 및 마찰 토크
Simpack에서 제공하는 일반 유연체 출력(유연체 시뮬레이션 모듈 참조)

독립형 및 전체적 베어링 시뮬레이션의 예

다양한 롤러 프로파일을 사용한 하중 분포 해석
참고:
[1] Gaertner: Ueber die Lebensdauer von Kugellagern, Dinglers Polytechnisches Journal, 1918
[2] Palmgren, A.: Ball and roller bearing engineering. 2nd Edition. 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. June 2018
[4] Schlecht, B.: Maschinenelemente 2: Getriebe, Verzahnungen, Lagerungen. München: Pearson Studium, 2010.