Tư vấn

Giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa RKB cho hộp số trộn bê tông

Posted on by admin
10
Th2

Trong một lĩnh vực ngày càng cạnh tranh, Tập đoàn RKB, với Trụ sở điều hành và Trung tâm công nghệ tại Balerna (Thụy Sĩ), đã quyết định đầu tư lớn vào Nghiên cứu & Phát triển để đáp ứng hiệu quả các yêu cầu của ngành truyền tải điện, ngày càng đòi hỏi khắt khe hơn. về hiệu suất và hiệu quả chi phí.

Bài báo hiện tại minh họa các bước được thực hiện bởi Tập đoàn RKB để phát triển ổ lăn tùy chỉnh trong đồng kỹ thuật với một nhà sản xuất hộp số hàng đầu châu Âu cho máy trộn bê tông. Như thường lệ, toàn bộ quy trình kỹ thuật được hỗ trợ bằng việc sử dụng các hệ thống phần mềm được phát triển nội bộ (MTDS, RRLC và NON-HERTZ), các công cụ CAD 2D và 3D và hệ thống phân tích FEM. Vòng bi WOR được thiết kế cho dự án đặc biệt này cuối cùng đã được RKB sản xuất bằng cách sử dụng công nghệ gia công mới nhất và các nguyên liệu thô và xử lý nhiệt tốt nhất.

Giới thiệu
Hộp số trộn bê tông là một phần của xe trộn trộn quá cảnh và truyền chuyển động quay từ động cơ thủy lực sang trống. Khi tải trọng bê tông được nạp vào trống, đồng thời trong khi di chuyển đến vị trí làm việc, trống sẽ quay và liên tục trộn tải để chuẩn bị và tránh sự hợp nhất của nó. Trong quá trình vận chuyển, hộp số quay trống theo một hướng (hướng sạc) và bằng cách sử dụng vây xoắn ốc bên trong, tải trọng bê tông được giữ cách xa cửa xả. Khi xả, hướng quay bị đảo ngược.

Thế hệ hộp số mới nhất có các giải pháp sáng tạo giúp tăng độ tin cậy, loại bỏ các hạn chế và không hiệu quả từ các thiết kế cũ, và giảm chi phí và bảo trì. Với mục đích lái trống và mang theo lực xoắn và một phần trọng lượng của trống, hộp số trộn bê tông đại diện cho yếu tố chính của ứng dụng. Ổ đỡ chính hỗ trợ tải truyền từ trống có vai trò quan trọng trong việc đạt được hiệu suất và độ tin cậy tối đa. Vì lý do này, thiết kế của ổ trục là trọng tâm chính của toàn bộ quá trình kỹ thuật.

Mô tả ứng dụng
Sự sắp xếp bùng nổ trong Hình 1 nêu bật các thành phần chính của bộ giảm tốc bánh răng hành tinh giai đoạn kép thông qua đó một động cơ thủy lực điều khiển trống trộn.

Các chuyển động cơ thủy lực phong trào quay vào bánh răng đầu vào trục 1, mà ổ đĩa 1 st giai đoạn hành tinh hộp số 3, với rãnh sâu ổ bi 4 mà xoay bánh răng trục 6 của 2 nd giai đoạn hành tinh hộp số 7 duy trì bởi SRB 8 bên trong nó . Tàu sân bay hành tinh giai đoạn 2 9 kết hợp với bánh răng số 10 truyền lực mô-men xoắn đến mặt bích đầu ra 14, cũng hấp thụ sai lệch. Thiết kế SRB WOR 11 chính được bảo vệ chống lại môi trường bị ô nhiễm bởi con dấu 13. Hộp số phải được gắn trên một hỗ trợ méo mó, miễn phí. Nếu việc lắp đặt không cứng, nó có thể làm hỏng bánh răng bên trong, vòng đệm và cuối cùng là vòng bi.

Cấu hình của thiết kế này được thiết kế để chịu được các điều kiện hoạt động cần thiết của ứng dụng một cách an toàn và đáng tin cậy. Mục tiêu này đạt được với các hộp số được mô tả, điều khiển và trục chính hỗ trợ trống trộn, bù chuyển động giữa trống trộn và vỏ ổ trục chính.


Lựa chọn 3 vòng bi 

Do góc lắp đặt trống và tải trọng ứng dụng của nó, ổ đỡ chính hỗ trợ ứng dụng cần có khả năng hấp thụ lực hướng tâm và hướng trục nặng kết hợp với sai lệch quan trọng do trống gây ra. Điều kiện này trực tiếp dẫn đến một giải pháp tùy chỉnh cho thiết kế ổ lăn hình cầu.

Nói chung, các ứng dụng kỹ thuật nặng khác biệt kết hợp vòng bi lăn hình cầu có thể cần các cấu hình ổ trục khác nhau, chẳng hạn như CA, ECA, CC, MA và MB, được chỉ ra trong Hình 1, chỉ đề cập đến phổ biến nhất. Sự khác biệt chủ yếu nằm ở thiết kế của vòng trong và lồng. Do các đặc tính kỹ thuật của ứng dụng hiện tại, chẳng hạn như tốc độ quay thấp, tải lực đẩy cao, chấn động vừa phải và tăng sai lệch, thiết kế ổ trục phải có một lồng làm bằng hai miếng cho phép hai hàng con lăn gia cố di chuyển độc lập với nhau khác

Trống trộn được hỗ trợ một mặt bởi hai con lăn dẫn hướng 2 và mặt khác bởi ổ 3, Hình 2. Do trọng lượng được tải và góc lắp đặt, ổ đỡ chính 4 phải có khả năng chứa các giá trị sai lệch cao hơn hơn vòng bi lăn hình cầu tiêu chuẩn. Hơn nữa, nếu phương tiện quá cảnh di chuyển trên địa hình không bằng phẳng, ổ đỡ chính 4 phải có khả năng chuyển trọng lượng trống trộn 1 sang khung đỡ 5 được kết nối với khung xe 6. Trong điều kiện khắc nghiệt như vậy, khung xe bị biến dạng, dẫn đến đến một chuyển động tương đối giữa giá đỡ ổ trục và trống trộn, gây ra chấn động trong ổ đỡ chính. Để bảo vệ ổ đỡ chính khỏi các cú sốc quá mức trong quá trình vận hành, nên lắp khung đỡ trên các bộ giảm xóc.

Kiểu dáng vòng bi 

Để phù hợp với các giá trị sai lệch cao hơn, vòng ngoài vòng bi được thiết kế lại và tối ưu hóa, mang lại chiều rộng vòng ngoài tăng lên. Sự khác biệt chính giữa các vòng ngoài của vòng bi lăn hình cầu thiết kế bình thường và vòng bi thiết kế WOR đặc biệt được chỉ ra trong hình 4. Kết quả hình học bề mặt được tối ưu hóa của vòng ngoài cho phép ổ trục có độ lệch góc cao hơn so với ổ trục hình cầu tiêu chuẩn, duy trì các màn trình diễn mang. Ngoài tải trọng xuyên tâm nặng, thiết kế ổ trục này hỗ trợ tải trọng trục nặng và yêu cầu sai lệch, làm cho nó không thể thay thế cho các ứng dụng máy trộn bê tông. Dòng mang WOR là một thiết kế đặc biệt, có hai mương bên ngoài riêng biệt được kết nối với vòng kẹp tạo điều kiện cho việc gắn và tháo dỡ.

Vòng bi tang trống RKB Thiết kế 24122 WOR82A (Hình a) là ổ trục với các con lăn đối xứng, vòng trong không mặt bích, vòng dẫn hướng không tách rời giữa hai hàng con lăn đặt ở giữa vòng trong và lồng cửa sổ bằng thép ép cho mỗi hàng con lăn. Lồng hai mảnh cho phép hai hàng con lăn di chuyển độc lập với nhau, điều này có lợi trong các ứng dụng có tải lực đẩy cực mạnh. Ngoài ra, vòng không tách rời tập trung vào vòng trong đóng vai trò là vòng dẫn hướng cho các con lăn, được điều khiển chính xác vào vùng được nạp. Lồng riêng biệt giữ cho các con lăn quay trong điều kiện ổn định, cho phép tăng nhiệt độ tối thiểu và cải thiện thời gian hoạt động. Thiết kế này cho phép để có được một phần lồng giảm đáng kể vì cây cầu được hỗ trợ ở cả hai bên. Ngoài ra,

Thiết kế RKB 24122 WOR82 (Hình b) là ổ trục với các con lăn không đối xứng, lồng bằng đồng được gia công hai mảnh được dẫn hướng trên sườn vòng trong trung tâm cố định và giữ lại các mặt bích trên vòng trong. Trong trường hợp thiết kế con lăn không đối xứng, các con lăn được đẩy vào sườn cố định trung tâm. Điều này cho phép đạt được sự vận hành trơn tru hơn của vòng bi, giảm ma sát trượt và sinh nhiệt, cực kỳ có lợi trong các ứng dụng tốc độ thấp và mang lại tuổi thọ dầu bôi trơn lâu hơn. Nếu ứng dụng chịu tải trọng lực đẩy cao và nếu cường độ của tải trọng sốc được phát âm, tải trọng bổ sung và ma sát bên trong cao hơn trên sườn sẽ được tạo ra.

Thiết kế RKB 24122 WOR82AA (Hình c) là ổ trục với các con lăn đối xứng, lồng kiểu cửa sổ bằng thép ép hai mảnh cho mỗi hàng con lăn được dẫn hướng trên khung sườn được gia cố cố định ở giữa vòng trong. Thiết kế này bao gồm thiết kế 24122 WOR82 trước đó với số lượng con lăn và chiều dài tăng lên để xếp hạng tải trọng lớn hơn. Khung sườn cố định bên trong trung tâm được gia cố để duy trì tải trọng và ma sát bổ sung.

Ngoài thiết kế đặc biệt này, một loại thép có độ sạch cao và RKB Isothermal Bainitic Hardening Treatment (HB) cho vòng trong giúp tăng cường khả năng chịu lực và khả năng chống nhiễu cao và chịu va đập cao, giảm đồng thời xảy ra nứt vòng.

Do thiết kế và hình học vĩ mô của chúng, cả ba thiết kế ổ trục đều có thể chịu được các đặc tính của ứng dụng, nhưng phải chú ý đến cường độ của tải trọng trục được áp dụng kết hợp với các cú sốc lớn và sai lệch. Trong điều kiện vận hành khắc nghiệt, giá trị sai lệch giữa vòng trong và vòng ngoài là khác nhau và do đó các chuyển động trượt bổ sung sẽ được tạo ra trong các tiếp điểm của con lăn-mương cũng như các tiếp điểm của con lăn-lồng. Những chuyển động bổ sung này xảy ra trong một chế độ bôi trơn kém dẫn đến tăng ma sát và nhiệt độ, gây ra mài mòn và kết dính và cuối cùng là xác định hỏng ổ trục. Do đó, rất khuyến khích rằng độ lệch của vòng trong đối với vòng ngoài không vượt quá giá trị sai lệch góc được thiết kế, cho phép.

Đối với bất kỳ ổ lăn nào, xếp hạng tải trọng xuyên tâm động Cr xuất hiện dưới dạng hàm của số lượng con lăn Z, chiều dài hiệu quả của con lăn Lwe và đường kính con lăn Dwe. Do đó, các thiết kế lồng khác nhau đóng vai trò là nỗ lực cải thiện càng nhiều càng tốt các giá trị của các tham số này. Ngoài ra, bằng cách thay đổi góc tiếp xúc danh nghĩa với các thiết kế vòng trong, người ta thu được các thông số hình học bên trong khác nhau dẫn đến chỗ ở tốt hơn cho tải trọng trục và sự khác biệt về khả năng định mức tải trọng. Khả năng định mức tải của ba vòng bi được tính toán bằng phần mềm RKB MTDS dựa trên các tính chất và đặc tính của các bộ phận.

Điều kiện hoạt động của ứng dụng
Theo thiết kế ứng dụng và yêu cầu, điều kiện hoạt động của máy trộn có thể khác nhau. Mặt khác, chúng phải được tìm thấy trong các giới hạn được thiết lập bởi Thông số kỹ thuật của ASTM đối với bê tông trộn sẵn hoặc các cơ quan tương tự khác. Tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể để có được các màn trình diễn được yêu cầu trên vị trí làm việc, các điều kiện vận hành biến xe tải sẽ được đặt. Do bê tông là một sản phẩm có thể thay đổi do mất các đặc tính có thể xảy ra do hậu quả của một số yếu tố (ví dụ nhiệt độ và thời gian giao hàng), nên việc cân đối các thành phần bê tông được chọn cùng với chu trình trộn chính xác sẽ được thiết lập bởi nhà sản xuất bê tông về kinh nghiệm trước đây của nó. Tùy thuộc vào loại hỗn hợp và công suất trống, nguyên liệu (xi măng, cát, nước, cốt liệu và các vật liệu khác) được giới thiệu đồng thời trong trống, ở tốc độ trung bình đến cao. Khi quy trình sạc được hoàn thành, phương thức trộn được bắt đầu. Có một số quy trình vận hành cần thiết để bê tông được trộn đúng cách và đạt được các đặc tính mong muốn như cường độ, độ bền và khả năng làm việc.

  • Trong sân. Thực hành này áp đặt một hỗn hợp bê tông trong khoảng 50 vòng quay ở tốc độ cao trong khoảng 10-15 vòng / phút. Sau khi hoàn thành giai đoạn này, bê tông được khuấy trộn ở tốc độ thấp hơn, là 2-4 vòng / phút, tính đến thời điểm nó đến vị trí làm việc.
  • Trên đường vận chuyển. Bê tông được trộn trong khoảng 70 vòng quay ở tốc độ trung bình trong khoảng 8-10 vòng / phút trong khi lái xe đến nơi làm việc, sau đó tốc độ bị giảm.
  • Trong trang web làm việc. Trong quá trình vận chuyển bê tông đến nơi làm việc, nó được duy trì ở tốc độ khuấy trộn, trong khi đó, tại thời điểm nó được đưa đến nơi làm việc, tốc độ được tăng lên 18-20 vòng / phút, trong khoảng 70-100 vòng quay.

Nếu vì bất kỳ lý do nào, người vận hành xe tải hỗn hợp quyết định thêm nước sau khi bê tông được trộn, nên thực hiện thêm 30 vòng quay ở tốc độ tối đa. Tùy thuộc vào loại hỗn hợp, điều kiện công việc và kích thước trống, hỗn hợp được thải ra ở tốc độ trống 10-14 vòng / phút. Vì máy trộn được nạp và nước được thêm vào xi măng, cho đến thời điểm thực hiện trình tự xả, bộ đếm vòng quay không nên ghi lại hơn 350 vòng quay hoặc 90 phút.

Tuổi thọ của trống được giới hạn bởi sức mạnh và hình dạng vây helicoidal bên trong. Do đó, việc lựa chọn chu trình làm việc phù hợp là rất quan trọng trong hiệu suất cụ thể và sẽ kịp thời phản ánh hiệu quả kinh tế và thực tế.

Trọng lượng trống và một phần trọng lượng được tạo ra bởi thể tích bê tông tác động trực tiếp lên ổ đỡ chính của ổ đĩa dưới dạng lực hướng tâm và hướng trục kết hợp. Các điều kiện vận hành thay đổi được áp đặt bởi các chu kỳ trộn trống có ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ ổ trục chính. Để đánh giá tuổi thọ ổ trục, cần giảm các điều kiện làm việc được mô tả xuống một số trường hợp giới hạn (Bảng 1). Trong trường hợp này, mỗi mức tải khác nhau từ các tải biến đổi được tích lũy và giảm xuống tải không đổi. Các khoảng nhiệm vụ này được tính trung bình theo tỷ lệ phần trăm nhất định của phân số thời gian, khoảng thời gian tốc độ, chênh lệch nhiệt độ, điều kiện bôi trơn và mức độ ô nhiễm.

Để tính toán tuổi thọ ổ trục theo tỷ lệ đã đề cập ở trên và xem xét tải trọng áp dụng, tốc độ thay đổi, nhiệt độ vận hành, ảnh hưởng của chất bôi trơn và các yêu cầu về tuổi thọ, chỉ số độ tin cậy và an toàn, RKB RRLC đã sử dụng hệ thống phần mềm được cấp bằng sáng chế. Tuổi thọ định mức được sửa đổi L10m được tính bằng phần mềm RRLC, cho cả ba vòng bi, có tính đến các thông số kỹ thuật của ứng dụng, đáp ứng tuổi thọ thiết kế cần thiết của hệ thống trống hộp số hoàn chỉnh. Như được hiển thị trong Hình 6 b, sự khác biệt giữa tuổi thọ xếp hạng cơ bản L10 và tuổi thọ xếp hạng được sửa đổi L10m của thiết kế 24122 WOR82AA là đáng kể. Tuổi thọ định mức được sửa đổi giảm vì ổ trục chịu tốc độ vận hành thấp, sử dụng cùng chất lượng dầu bôi trơn như đối với bánh răng của trục đầu vào chạy ở tốc độ quay cao. Trong trường hợp này, các chất phụ gia cực áp sẽ được sử dụng để cung cấp dầu bôi trơn ranh giới hoặc hỗn hợp và bảo vệ chống trầy xước. Ngoài ra, theo nhà sản xuất hộp số, thay đổi đầu tiên của chất bôi trơn là được thực hiện trong 100 giờ hoạt động để loại bỏ bất kỳ hạt kim loại nào có thể làm hỏng vòng bi. Thay đổi chất bôi trơn sau đây phải được thực hiện sau mỗi 1000 giờ hoạt động hoặc trong vòng một năm.

Phần tử hữu hạn và mô phỏng bán phân tích
Hai nhóm phương pháp số thường tham gia vào việc giải các bài toán tiếp xúc không phải Hertzian: phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phương pháp bán phân tích (SAM). FEM có thể mô phỏng các hành vi vật chất phức tạp và là phương pháp số được sử dụng nhiều nhất hiện nay để giải quyết các vấn đề trong cơ học chất rắn. Tuy nhiên, nó cần một lưới cực kỳ tốt của âm lượng xung quanh vùng tiếp xúc, có nghĩa là sự gia tăng lớn về thời gian và chi phí tính toán. Ngoài ra, để giảm thời gian tính toán, cung cấp phản hồi nhanh hơn cho các yêu cầu của khách hàng, SAM chỉ cần một vùng tiếp xúc rất nhỏ để tham gia vào phân tích số. Một SAM cụ thể và công cụ phần mềm tương ứng, được gọi là NON-HERTZ,

Các kỹ sư của RKB đã sử dụng ba thiết kế ổ trục khác nhau để phân tích FEM và SAM để đạt được hiệu suất và độ tin cậy tối đa. Với cách tiếp cận bằng số, tất cả các thiết kế ổ trục được phân tích (24122 WOR82A, 24122 WOR82 và 24122 WOR82AA) đã được đánh giá về mặt lực phản ứng, ứng suất tương đương von Mise và phân phối áp lực tiếp xúc. Với mục đích này, một số phân tích cấu trúc tĩnh đã được thực hiện bằng cách sử dụng Ansys 13, công cụ phần mềm hữu hạn hàng đầu. Cụ thể, các bước sau đây đã được thực hiện:

  • Xử lý trước các mô hình bắt đầu từ việc nhập hình học 3D của chúng từ mô đun Catia V5R19 sang Ansys Design Modeler đến cài đặt cuối cùng trước khi khởi chạy phân tích trong mô-đun Ansys Mechanical.
  • Xử lý dữ liệu đầu vào được thực hiện bởi bộ giải trực tiếp của mô-đun Ansys Mechanical để đạt được giải pháp trạng thái cân bằng tĩnh.
  • Xử lý hậu quả các kết quả thu được trong mô-đun Ansys Mechanical.

Giai đoạn tiền xử lý
Các quy trình sau đây đã được áp dụng chặt chẽ cho từng trong ba thiết kế ổ trục hình cầu. Cụ thể, ứng dụng sử dụng thiết kế 24122 WOR82AA sẽ được phân tích chi tiết. Do chỉ có ổ trục gắn trên trục đầu ra là chủ đề nghiên cứu của chúng tôi, nên chỉ một phần của mô hình 3D của hộp số trộn bê tông đã được sử dụng để phân tích phần tử hữu hạn. Các thành phần 3D sau đây đã được sử dụng:

  • Con lăn hình cầu RKB chính thiết kế WOR,
  • Trục và mặt bích đầu ra,
  • Một phần của nhà ở chính,
  • Thiết bị lồi.

Mô hình 3D Catia của hộp số trộn bê tông, có chứa thiết kế 24122 WOR82AA, đã được nhập khẩu trong mô-đun Ansys Design Modeler. Các hoạt động như hợp nhất các bề mặt và các cạnh, đơn giản hóa hình học và phân tách cơ thể đã được thực hiện để có được một mô hình hợp lệ cho một phân tích chính xác. Ngoài ra, để mô phỏng hình dạng và đặc tính vận hành của trống trộn, một cấu trúc chùm tia có tiết diện hình ống đã được sử dụng (Hình 7). Các hoạt động tiền xử lý còn lại đã được thực hiện trong mô-đun Ansys Mechanical.

Đối với mỗi cơ thể biến dạng, một hành vi vật liệu đàn hồi đã được chỉ định, có nghĩa là với một giá trị ứng suất đơn được chấp nhận chỉ tương ứng với một giá trị biến dạng. Hành vi vật liệu nhựa không được chỉ định một cách có chủ đích cho đánh giá này để giảm thời gian tính toán phân tích. Các tính chất cơ học của thép được gán cho các thành phần mô hình được trình bày trong. Thép đã được sử dụng làm vật liệu cho tất cả các thành phần kim loại, trong khi cao su đã được chọn cho vòng kẹp giữa các bộ phận tách vòng ngoài. Chỉ các lồng được mô hình hóa như các cơ thể cứng nhắc hoặc không thể phá hủy, vì hành vi của chúng không phải là một phần của đánh giá hiện tại.

Bước tiếp theo trong giai đoạn tiền xử lý liên quan đến định nghĩa về tiếp xúc giữa các thành phần. Vấn đề tiếp xúc phi tuyến là một hiện tượng cơ học phức tạp phát sinh từ sự phụ thuộc lẫn nhau của các bộ phận máy móc.

Mô hình được phân tích bao gồm nhiều phần tương tác. Mọi tương tác đều tạo ra một tiếp xúc cơ học phải được đưa vào phân tích vì nó nằm trong hoạt động thực sự của hộp số trộn bê tông. Đối với các thành phần tiếp xúc, nơi cho phép trượt tương đối, tiếp xúc ma sát đã được chỉ định với thuật toán hình phạt thuần túy. Đối với những người khác, trong trường hợp không cho phép chuyển động tương đối, một liên hệ ngoại quan với hình phạt thuần túy hoặc thuật toán MPC đã được chỉ định.

Các cài đặt được áp dụng cho mỗi tiếp điểm bao gồm các bề mặt tiếp xúc, hệ số ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc (nếu có), thuật toán tiếp xúc, và yếu tố độ cứng bình thường (để kiểm soát sự xâm nhập giữa các cơ thể tiếp xúc).

Đối với tiếp xúc ma sát với thuật toán hình phạt thuần túy, độ cứng tiếp xúc bình thường và tiếp tuyến được chương trình tự động tính toán dựa trên mật độ hình học và lưới. Độ cứng thông thường có một tầm quan trọng tối quan trọng trong việc đạt được một giải pháp chính xác, vì sự thâm nhập giữa hai bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào nó. Mặc dù các giá trị độ cứng cao hơn làm giảm lượng thâm nhập, có thể thu được ma trận độ cứng toàn cầu không điều hòa tạo ra khó khăn trong việc có được giải pháp cuối cùng. Ngược lại, giá trị độ cứng thấp hơn có thể dẫn đến một giải pháp không phù hợp được đặc trưng bởi một lượng thâm nhập cao. Xem xét các giả định này, nhiều mô phỏng đã được thực hiện để tìm độ cứng bình thường cao nhất và đảm bảo chất lượng cao nhất của kết quả.

Để đơn giản hóa tình huống, nhưng không đưa ra lỗi trong giải pháp cuối cùng, các liên hệ ngoại quan với thuật toán hình phạt thuần túy đã được xem xét giữa cả hai hàng lăn và lồng. Ngay cả khi các tiếp điểm được liên kết, thuật toán hình phạt thuần túy, với hệ số độ cứng bình thường được nghiên cứu, sẽ cho phép các con lăn có một chuyển động nhỏ tương đối bên trong các túi lồng, được điều chỉnh tương đương với lối chơi được chấp nhận. Các tiếp điểm giữa các con lăn và mương vòng trong và ngoài, nơi tồn tại chuyển động lăn, đã được mô phỏng như các tiếp điểm ma sát. Theo cách này, một hệ số ma sát lăn và thuật toán hình phạt thuần túy đã được áp dụng. Hơn nữa, đối với các tiếp điểm giữa các mặt của con lăn và các mặt bích tích hợp vòng trong, các tiếp điểm ma sát tương tự đã được sử dụng nhưng với hệ số ma sát trượt.

Đối với các tiếp điểm giữa lỗ khoan vòng trong và trục và bề mặt ngoài vòng ngoài và vỏ chính, cả hai đều được mô hình hóa như các tiếp điểm ma sát với thuật toán hình phạt thuần túy. Đối với lỗ khoan vòng trong và tiếp xúc trục chính, sự phù hợp nhiễu đã được mô phỏng để giới thiệu trường ứng suất điển hình với ứng suất nén xuyên tâm cho vòng trong và trục bên trong, ứng suất kéo tiếp tuyến cho vòng trong và ứng suất nén tiếp tuyến cho trục.

Sau khi thực hiện các định nghĩa tiếp xúc cho các thành phần ổ trục, các kết nối khác đã được thiết lập cho phần còn lại của các thành phần mô hình. Để mô phỏng hoạt động của các bu lông, kết nối trống trộn và mặt bích đầu ra, cấu trúc chùm với tiết diện hình ống đại diện cho trống đã được kết nối với mặt bích bằng cách sử dụng khớp cứng.

Một trong những bước quan trọng nhất trong quá trình tiền xử lý là sự rời rạc (chia lưới) của mô hình hình học. Toàn bộ mô hình hình học đã được phân tách thành các thành phần rời rạc với hình học đơn giản gọi là các phần tử hữu hạn, được đặc trưng bởi các điểm phân biệt các nút được đặt tên.

Một sự chú ý đặc biệt đã được trả cho phương pháp chia lưới, bao gồm một tập các thử nghiệm để xác định đó là kích thước và mật độ tối thiểu của các yếu tố không sửa đổi kết quả cuối cùng.

Ban đầu, sự rời rạc của mô hình hình học trong các phần tử hữu hạn đã được thực hiện tự động với các cài đặt mặc định của mô-đun Ansys Mechanical. Các phần tử hữu hạn không đều đặn và bị biến dạng trong trường hợp con lăn. Ngoài ra, tất cả các bộ phận ổ trục có lưới mật độ thấp có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của giải pháp, đặc biệt là ở các vùng tiếp xúc nơi vùng tiếp xúc giữa các con lăn và mương vòng trong và ngoài vòng là một điểm. Do đó, các hoạt động lưới tiếp theo (Hình 10 b) đã được thực hiện để có được phân phối phần tử đồng nhất với dân số mật độ cao chỉ trong các khu vực quan tâm mang. Đối với phần còn lại của các thành phần, có nghĩa là trục chính với mặt bích đầu ra, một phần của vỏ chính, bánh răng lồi và trống,

Để chuẩn bị và tối ưu hóa mô hình cho quá trình chia lưới, hình dạng ổ trục đã được cắt trước đó ở nhiều vùng trong mô-đun Ansys Design Modeler. Tất cả các thành phần mô hình đã được chia lưới như các cơ thể biến dạng, ngoại trừ các lồng được coi là cơ thể cứng nhắc. Đối với mỗi cơ thể biến dạng, các yếu tố 3D khác nhau đã được chỉ định, trong khi trong các khu vực tiếp xúc của các cơ thể cứng nhắc, chỉ có các yếu tố 2D được sử dụng. Các phần tử cấu trúc 3D được áp đặt là phần tử chùm 2 nút cho trống và phần tử gạch 20 nút cho tất cả các phần thân biến dạng còn lại. Phần tử cấu trúc 2D được gán được biểu diễn bằng phần tử hình tứ giác 8 nút. Do sự phức tạp của hình dạng mô hình, các phần tử chia lưới thoái hóa khác đã được sử dụng như: tứ diện 10 nút, kim tự tháp 13 nút, nêm 15 nút và các phần tử tam giác 6 nút.

Các điều kiện biên sẽ được xem xét sau trong bài viết này. Chúng có tầm quan trọng lớn đối với phân tích cấu trúc tĩnh bởi vì, trong các loại điều kiện biên khác nhau, cấu trúc này hoạt động theo những cách khác nhau. Để thể hiện dưới dạng sơ đồ các điều kiện biên được áp đặt và lực tác dụng, toàn bộ mô hình đã được giảm xuống thành giá đỡ bản lề, dầm và giá đỡ con lăn. Các sơ đồ này đã là hướng dẫn chính để hạn chế mô hình với mô-đun Ansys Mechanical đưa nó đến gần với thực tế nhất có thể.

Hỗ trợ bản lề được thể hiện bằng ổ lăn hình cầu chính bên trong vỏ hộp số trộn bê tông. Hỗ trợ này đã được mô hình hóa để hạn chế chuyển vị của trống dọc theo hướng trục và hướng tâm (trục X, Y và Z). Các lực phản ứng của giá đỡ bản lề được tạo ra bởi vỏ chính của hộp số trộn bê tông, do đó đã bị hạn chế với một giá đỡ cố định.

Để duy trì cấu trúc ở trạng thái đẳng hướng, giá đỡ con lăn, đại diện cho giá đỡ thứ hai của trống, đã được mô hình hóa để hạn chế chỉ các chuyển vị hướng tâm của trống, để nó tự do dịch chuyển dọc theo hướng dọc trục. Tổng tải trọng áp dụng cho mô hình hợp chất trọng lượng được tạo ra bởi khối lượng bê tông tối đa bên trong trống và trọng lượng trống.

Giai đoạn xử lý
Khi tất cả các điều kiện biên đã được thực hiện và cài đặt phân tích được thiết lập, giai đoạn xử lý bắt đầu. Do các tiếp xúc ma sát, mô phỏng được điều chỉnh bởi các phương trình phi tuyến tính. Giải pháp phân tích phi tuyến tính đã được xác định bằng phương pháp Newton – Raphson, trong đó tổng tải đã được áp dụng tăng dần.

Nghiên cứu so sánh giai đoạn hậu xử lý để xác nhận kết quả và các điều kiện biên được áp dụng, một quy trình kiểm tra đã được thực hiện. Theo cách này, tổng tải trọng áp dụng cho cấu trúc phải được cân bằng hoàn toàn bởi các lực phản ứng và các khoảnh khắc được tạo ra bởi các ràng buộc được mô tả ở trên. Là dữ liệu đầu vào, hành vi cơ học vật liệu được xem xét để phân tích đã được chỉ định là đàn hồi tuyến tính. Giả định này đã được chứng minh là hợp lý do thực tế là ứng suất tương đương von Mise tối đa thu được thấp hơn ứng suất mang lại của vật liệu ổ trục sử dụng (SAE 52100 hoặc 100Cr6) bằng 1700 MPa.

Trong đoạn này, một so sánh giữa ba thiết kế ổ trục khác nhau sẽ được mô tả về mặt lực phản ứng, ứng suất tương đương von Mise và phân phối áp lực tiếp xúc.

Kết luận
Kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật của hộp số trộn bê tông, Tập đoàn RKB đã nghiên cứu thành phần quan trọng nhất của nó, ổ trục hình cầu chính, trong ba thiết kế khác nhau. Sau khi đánh giá kết quả, giải pháp tốt nhất cho dự án này đã được Phòng kỹ thuật RKB tìm thấy trong thiết kế SRB 24122 WOR82AA, thành công trong việc thực hiện tất cả các điều kiện vận hành ứng dụng. Trong số những thứ khác, loại ổ trục đặc biệt này đã được tối ưu hóa để duy trì tải trọng và ma sát bổ sung ở tốc độ vận hành thấp (tối đa 20 vòng / phút), tăng độ lệch cho phép lên đến ± 6 ° và đảm bảo tuổi thọ dài hơn.