Einfluss von Rundheitsfehlern von Lagerkomponenten auf die Rundlaufgenauigkeit von Zylinderrollenlagern

Jan 16, 2024

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 6794 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Das Verständnis des Einflusses von Rundheitsfehlern der Lagerkomponenten und der Rollenanzahl auf die Rotationsgenauigkeit von Wälzlagern ist bei der Konstruktion von Hochpräzisionslagern von entscheidender Bedeutung. Die Rundlaufgenauigkeit eines zusammengebauten Lagers hängt von der Rollenanzahl und den Rundheitsfehlern der Lagerkomponenten ab. Wir schlagen ein Modell zur Berechnung der Rundlaufgenauigkeit eines Zylinderrollenlagers vor; Wir haben experimentell die Wirksamkeit des Modells bei der Vorhersage des Radialschlags des Innenrings überprüft, das im vorherigen Artikel dieser Reihe vorgeschlagen wurde. Wir haben versucht, die Schlüsselfaktoren zu definieren, die zur Rotationsgenauigkeit beitragen, indem wir sowohl den Einfluss des Kopplungseffekts der Rollenanzahl als auch den Einfluss der Rundheitsfehler in der inneren Laufbahn, der äußeren Laufbahn und den Rollen auf den Bewegungsfehler untersucht haben. Das Modell und die Ergebnisse werden Ingenieuren dabei helfen, angemessene Fertigungstoleranzen für Lagerkomponenten auszuwählen, um die erforderliche Rotationsgenauigkeit zu erreichen.

Wälzlager sind wichtige mechanische Teile, die häufig in komplexen Mechanismen wie Flugzeuggasturbinen, Präzisionswerkzeugmaschinen, Scheiben und Gyroskopen verwendet werden. Die Rotationsgenauigkeit eines zusammengebauten Lagers wirkt sich direkt auf die Arbeitsgenauigkeit der mechanischen Ausrüstung aus1,2. Bei der Fertigung führt die dynamische Wirkung und Genauigkeit der Werkzeugmaschinenspindel immer zu einem gewissen Grad an Fehlern in den Lagerkomponenten. Dieser Rundheitsfehler ist ein entscheidender Faktor für den Bewegungsfehler3 und muss untersucht werden, um die Rotationsgenauigkeit von Wälzlagern weiter zu verbessern.

Bisherige Untersuchungen zur Rundlaufgenauigkeit von Wälzlagern konzentrierten sich hauptsächlich auf den Rundlauffehler. Bhateja et al.4 schlugen eine Methode zur Berechnung des Rundlauffehlers von Hohlrollenlagern vor und untersuchten die resultierenden Komponenten des Rundlauffehlers aus den geometrischen und dimensionalen Fehlern in den Rollen und Laufbahnen. Chen et al.5,6 schlugen eine Methode zur Berechnung des Rundlauffehlers und der statischen Lastverteilung von Zylinderrollenlagern vor und analysierten die Auswirkungen der Rundheitsfehler in den Laufbahnen und Durchmesserunterschiede der Rollen auf den Rundlauffehler und die Belastung Verteilung.

In der vorherigen Forschung dieser Reihe schlugen Yu et al.7,8 eine Methode zur Berechnung des Rundlauffehlers des Innenrings vor und analysierten die Auswirkungen des Formfehlers in der Innenlaufbahn und der Rollenanzahl auf den Rundlauffehler von Zylinderrollenlagern. Yu et al.9, Li et al.10 und Liu et al.11 schlugen eine Methode zur Berechnung des Rundlauffehlers des Außenrings unter Berücksichtigung des Rundheitsfehlers der Außenlaufbahn vor und untersuchten die Einflüsse des Rundheitsfehlers und der Rollenanzahl und Radialspiel am Radialschlag bei Zylinderrollenlagern. Yu et al.12 haben eine Methode zur Berechnung der Umlaufbahn des Außenringzentrums unter Berücksichtigung der geometrischen Fehler der Lagerkomponenten vorgeschlagen und experimentell verifiziert.

Forscher haben auch den Einfluss des geometrischen Fehlers der Komponente auf den nicht repetitiven Rundlauf (NRRO) und die Umlaufbahn der Wellenachse untersucht. Noguchi et al.13,14,15,16,17 entwickelten eine Methode zur Berechnung des NRRO von Kugellagern und untersuchten theoretisch die Auswirkungen der Kugelanzahl und des geometrischen Elementfehlers auf den NRRO. Jang et al.18 analysierten den Effekt der viskoelastischen Dämpfung auf den NRRO eines Kugellagers. Liu et al.19 und Tada et al.20 schlugen Vorhersagemodelle für die NRRO eines Kugellagers vor und analysierten die Auswirkung der Welligkeit der Innenrille, der Außenrille, der Kugeln und der Kugelanzahl auf die NRRO. Ma et al.21 schlugen eine Wellenmittelpunkt-Orbitalmethode für Pendelrollenlager vor und analysierten den Einfluss der Rollendurchmesserfehler auf die Umlaufbahn des Wellenmittelpunkts. Okamoto et al.22 präsentierten ein Berechnungsmodell für die Umlaufbahn der Kugellagerwellenachse und untersuchten den Einfluss des Formfehlers, der Kugelanzahl und des Kugeldurchmesserfehlers auf die Umlaufbahn der Wellenachse.

Andere Forscher haben den Einfluss der Welligkeit der Lagerkomponenten auf das dynamische Verhalten von Wälzlagern unter verschiedenen Betriebsbedingungen untersucht. Wardle et al.23,24 und Ono et al.25,26 untersuchten die Auswirkung der Elementwelligkeit auf die dynamische Leistung von Kugellagern. Talbot et al.27 untersuchten den Einfluss der Makrogeometrie von Lagerkomponenten auf die Belastungsintensitäten. Harsha et al.28, Wang et al.29 und Gunhee et al.30 analysierten die Auswirkung der Laufbahn- und Kugelwelligkeit auf die Dynamik starrer Rotorlagersysteme. Xu et al.31,32 und Kankar et al.33 analysierten den Einfluss von Welligkeit und lokalisierten Defekten auf die dynamische Leistung von Mechanismen. Shao et al.34 und Wang et al.35 untersuchten die Auswirkung lokalisierter Laufbahndefekte auf die Lagervibration. Tong et al.36 analysierten den Einfluss des Formfehlers auf die Leistung des Kegelrollenlagers. Petersen et al.37 untersuchten den Einfluss lokaler Defekte und der Laufbahnrauheit auf die Dynamik eines zweireihigen Rollenlagers. Podmasteriev38 analysierte die Auswirkung des geometrischen Fehlers der Laufbahn auf die Wahrscheinlichkeit von Mikrokontakten in Reibungszonen.

Während es Studien zum wiederkehrenden Rundlauf und zur dynamischen Leistung gibt, gibt es relativ wenig Forschung zur Rotationsgenauigkeit von Wälzlagern. Die Forschung zur Rotationsgenauigkeit konzentrierte sich hauptsächlich auf den Bewegungsfehler von Lagern, der sich aus der kombinierten Wirkung der Rollenanzahl und des Rundheitsfehlers der Komponenten beim Rotationsprozess ergibt. Der Bewegungsfehler des Lagers umfasst den Schlag des rotierenden Rings in horizontaler und vertikaler Richtung der Radialebene.

In der aktuellen Forschung zur Rotationsgenauigkeit haben viele Studien die Auswirkung des geometrischen Komponentenfehlers auf den Höhenschlag des rotierenden Rings untersucht. Der vertikale Schlag des Drehrings spiegelt jedoch nicht genau den Schlag des Drehrings in der Radialebene wider, da er den horizontalen Schlag des Drehrings ignoriert. Wir haben versucht, die wichtigsten Faktoren zu identifizieren, die zum Bewegungsfehler von Wälzlagern beitragen, indem wir sowohl den Einfluss des Kopplungseffekts der Rollenanzahl als auch den Einfluss der Rundheitsfehler der Komponenten auf den Rundlauf des rotierenden Rings in der Radialebene untersucht haben. Ein Bewegungsfehler-Vorhersagemodell für Zylinderrollenlager wurde im vorherigen Artikel dieser Reihe vorgeschlagen39 und wird im Abschnitt „Vorhersagemodell für die Rotationsgenauigkeit von Zylinderrollenlagern“ kurz beschrieben. Die vorliegende Studie wird das zuvor vorgeschlagene Modell experimentell verifizieren.

Der Drehfehler von Wälzlagern im Leerlauf und bei niedriger Drehzahl bestimmt die Höhe der Drehgenauigkeit. Mit abnehmendem Drehfehler steigt das Niveau der Drehgenauigkeit. Die Rundlaufgenauigkeit der Wälzlager ist definiert als der Fehler zwischen der Lage der Anlagefläche und der Ideallage des Drehringes im Leerlauf und bei geringer Drehzahl.

Während der Messungen wird keine Arbeitslast auf das Lager ausgeübt, aber um die Betriebsstabilität des Lagers (vollständiger Kontakt zwischen den Wälzkörpern und der Laufbahn) aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, eine kleine Messlast auf das Lager auszuüben. Diese Belastung muss gering genug sein, um keine sichtbare elastische Verformung zwischen den Lagerkomponenten zu verursachen. Niedrige Drehzahlen verhindern Stöße zwischen Komponenten und reduzieren Lagervibrationen. Dadurch wird sichergestellt, dass der gemessene Bewegungsfehler des Wälzlagers nur durch Rundheitsfehler in den Lagerkomponenten verursacht wird.

Abbildung 1 zeigt ein Diagramm eines Wälzlagers, bei dem sich der Innenring entlang der horizontalen und vertikalen Richtung der Radialebene bewegt. Bewegungsfehler treten aufgrund der geometrischen Fehler in den Laufbahnen und Rollen auf, wenn sich der Innenring um seine Achse dreht. Im abgebildeten Fall berührt die Innenlaufbahn den unteren Teil der Rollen, bevor sich der Innenring in eine Gleichgewichtsposition (Xi, Yi) bewegt. Die Koordinaten des Mittelpunkts des Innenrings variieren während der Drehung. Das zuvor entwickelte Vorhersagemodell wurde aus einem geometrischen Randbedingungsmodell für Zylinderrollenlager abgeleitet. Das Beschränkungsmodell synthetisiert sowohl die geometrischen Fehler der Laufbahnen und Rollen als auch die Änderung der realen Kontaktpositionen zwischen Laufbahnen und Rollen. Die Berechnungen des Vorhersagemodells werden wie folgt wiederholt:

Die Mittelkoordinaten der unteren Rollen, die die äußere Laufbahn berühren, werden berechnet, wenn sich der Innenring um einen bestimmten Schrittwinkel dreht.

Der Innenring bewegt sich in der Radialebene und die Kontaktzustände (Kontakt, Trennung und Interferenz) zwischen der Innenlaufbahn und den Rollen werden für jede gegebene Position bestimmt.

Die Lage des Innenrings in der Radialebene unterscheidet sich von anderen Lagen durch das Stabilitätskriterium nach dem Kräftegleichgewichtsprinzip.

Der Abstand zwischen den Mittelpunkten des Innenrings und des Außenrings wird berechnet, wenn sich der Innenring um einen bestimmten Winkel dreht.

Geometrisches Modell eines Lagers.

Bei jeder Drehung des Innenrings wird der Abstand zwischen den Mittelpunkten des Innenrings und des Außenrings berechnet, indem die obigen Berechnungen bei verschiedenen Drehwinkeln wiederholt werden. Die aus diesem Prozess abgeleitete Differenz zwischen dem maximalen Abstand und dem minimalen Abstand ist die Rundlaufabweichung des Innenrings, die den Rundlaufbereich des Innenrings widerspiegelt.

Abbildung 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Gerätes zur Messung der Rundlaufgenauigkeit eines Zylinderrollenlagers. Messprinzipien und Rundlaufmethoden sind in der internationalen Norm40 angegeben. Auf dem konischen Dorn sind die Scheibe mit Gabeln, das Prüflager und der Encoder befestigt. Der Dorn wird von zwei koaxialen Zentren getragen, so dass er sich nur entlang seiner Achse drehen kann. Die Messlast wird in vertikaler Richtung auf den Außenring des Prüflagers aufgebracht, um das Prüflager stabil zu halten. Die große Riemenscheibe wird vom Motor und der kleinen Riemenscheibe angetrieben. Der Antrieb des Dorns erfolgt über den weichen Riemen an der großen Riemenscheibe und das Gabelpaar an der Scheibe. Der Innenring des Prüflagers dreht sich mit dem Dorn.

Schematische Darstellung zur Messung des Rundlauffehlers des Innenrings.

Wenn sich der Innenring um 0,7° dreht, sendet das Erfassungssignal-Triggersystem ein Impulssignal an den Datenerfassungscontroller, sodass dieser einmalig die horizontalen und vertikalen Verschiebungsdaten des Außenrings im Mittelteil erfasst. Man erhält die Verschiebung des Außenrings entsprechend der Anzahl der Drehwinkel. Die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Verschiebungswert ist der Rundlauffehler des Innenrings.

Bei dieser Methode wird der Rundlauffehler des Innenrings indirekt durch Messung der Verschiebung des Außenrings ermittelt. Der Innenring ist auf der Spindel fixiert, während der Außenring statisch ist. Der Schlag des Innenrings relativ zum Außenring entspricht dem Schlag des Außenrings relativ zum Innenring.

Abbildung 3 zeigt das in dieser Studie verwendete Prüfgerät zur Bestimmung des Rundlauffehlers des Innenrings. Abbildung 4 zeigt die drei Sätze von NU208-Zylinderrollenlagern, die als Testlager ausgewählt wurden.

Prüfgerät zur Messung des Rundlauffehlers des Innenrings.

NU208 Testlager.

Die Verschiebung des Innenrings hängt von der relativen Position der Lagerkomponenten ab. Daher ist es notwendig, einen anfänglichen Messzustand (relative Positionen von Innenring, Außenring und Rolle) auszuwählen, um modellierte und experimentelle Ergebnisse genau vergleichen zu können. Für jede Umdrehung des Innenrings werden 512 Verschiebungsmessungen erfasst.

Um die Verschiebung des Innenrings mit dem Vorhersagemodell zu berechnen, ist es notwendig, die Größe und Konturkurve der Lagerkomponenten durch Tests zu ermitteln. Die Konturkurve der Lagerlaufbahnen wird durch Fourier-Reihen rekonstruiert, wobei die Parameter der Fourier-Reihe experimentell ermittelt werden. Die Profildaten der Lagerlaufbahnen im Mittelteil werden mit einem Rundheitsmessgerät erfasst, die harmonische Ordnung ermittelt und die entsprechende Amplitude und der Phasenwinkel durch Spektralanalyse der Daten ermittelt.

Tabelle 1 zeigt die Parameter der Testlager. Die relative Position der Komponenten stimmt mit dem anfänglichen Testzustand des Testlagers überein. Der Rundheitsfehler der Rollen wird ignoriert. Für jede Umdrehung des Innenrings werden vom Prädikationsmodell 512 Verschiebungspunkte erfasst. Die Abbildungen 5, 6 und 7 vergleichen die modellierten Ergebnisse mit den experimentellen Ergebnissen für jedes der drei Testlager.

Erster Testlagervergleich zwischen den experimentellen Ergebnissen und modellierten Ergebnissen.

Zweiter Testlagervergleich zwischen den experimentellen Ergebnissen und modellierten Ergebnissen.

Dritter Testlagervergleich zwischen den experimentellen Ergebnissen und modellierten Ergebnissen.

Die vorhergesagten Werte des Modells stimmen mit den experimentellen Ergebnissen in vertikaler und horizontaler Richtung überein. Aus Abb. In den Figuren 5a, 6a und 7a erkennt man, dass es bei der X-Verschiebung des Innenrings zu Sprungphänomenen kommt. Die Gründe für dieses Phänomen sind wie folgt. Wenn die Amplitude des Rundheitsfehlers in der inneren Laufbahn relativ klein ist, berühren nur die Rollen Nr. 1 und Nr. 2 unter geometrischen Einschränkungen die Laufbahnen, wie in Abb. 8a dargestellt. Wenn die Rolle Nr. 2 vom dritten Quadranten zum vierten Quadranten rollt, berührt die Rolle Nr. 3 die Laufbahnen und die Rolle Nr. 1 wird von der inneren Laufbahn getrennt. An diesem Punkt wechseln die Rollen, die die Laufbahnen berühren, von der Rolle Nr. 1 und Nr. 2 zur Rolle Nr. 2 und Nr. 3, und die Mittelposition des Innenrings variiert vom vierten zum dritten Quadranten Quadranten, wie in Abb. 8b dargestellt. Daher ändert sich die X-Koordinate des Innenrings vom positiven Wert zum negativen Wert, was zu einem Sprung in der X-Verschiebung des Innenrings führt.

Kontaktstatus des Innenrings mit der Innenlaufbahn für eine Ellipse.

Unterschiede zwischen den Vorhersageergebnissen und den experimentellen Ergebnissen sind höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen.

Der Ausgangszustand des Lagers hängt vom Ausgangszustand und der relativen Position von Innenring, Außenring und allen Rollen ab. Der Ausgangszustand des Lagers bestimmt direkt die Interaktionskonturform zwischen den Lagerkomponenten und beeinflusst die Verschiebung des Innenrings. Es ist schwierig sicherzustellen, dass der Ausgangszustand der Lagerkomponenten vollständig mit dem in der theoretischen Vorhersage definierten Zustand übereinstimmt.

Der Zweck des Tests besteht darin, die Verschiebung des Außenrings (entspricht der Verschiebung des Innenrings) zu messen, die durch den geometrischen Fehler der Lagerkomponenten verursacht wird. Ein Rotationsfehler der Spindel führt jedoch auch zu einer gewissen Verschiebung des Außenrings, da sich die Spindel synchron mit dem Innenring dreht. Die tatsächlich gemessene Verschiebung des Außenrings kann diesen Spindelfehler enthalten, während dies bei der vorhergesagten Verschiebung nicht der Fall ist.

Es ist schwierig, die gemessene Kraft entlang der vertikalen Richtung auf den Außenring auszuüben, was dazu führen kann, dass der Testzustand des Testlagers vom theoretischen Zustand abweicht und Unterschiede zwischen den vorhergesagten Ergebnissen und den experimentellen Ergebnissen entstehen.

Der axiale Geometriefehler und der Formfehler aller Rollen werden in den vorhergesagten Ergebnissen nicht berücksichtigt, können jedoch die Messergebnisse beeinflussen.

Tabelle 2 zeigt die Hauptparameter der in dieser Studie verwendeten Zylinderrollenlager vom Typ NU208. Der Einfluss der Rollenanzahl und Rundheitsfehler in der Innenlaufbahn, der Außenlaufbahn und den Rollen auf die Rundlaufschwankung des Innenrings wird analysiert. In diesem Abschnitt wird der Kopplungseffekt der Rollenanzahl und des Komponentenrundheitsfehlers auf die Rundlaufabweichung des Innenrings untersucht.

Abbildung 9 zeigt die Auswirkung der Reihenfolge des Rundheitsfehlers in der Innenlaufbahn auf die Rundlaufschwankung des Innenrings bei verschiedenen Rollenzahlen. Die vorhergesagten Ergebnisse (Abb. 9) zeigten, dass sich die Rundlaufabweichung des Innenrings einer Sinuskurve annähert, wobei die Ordnung des Rundheitsfehlers zunimmt und die Periode gleich Z (Rollenzahl) ist. Die Zunahme der Rundlaufabweichung des Innenrings ist proportional zur Zunahme der Amplitude des Rundheitsfehlers in der Innenlaufbahn. Die Auswirkung der Ordnung des Rundheitsfehlers auf die Rundlaufabweichung des Innenrings ändert sich mit der Rollenanzahl.

Auswirkung der Ordnung des Rundheitsfehlers in der Innenlaufbahn auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gleich (2n − 1)Z/2 (wobei n eine natürliche Zahl und Z eine gerade Zahl ist) oder (Z ± 1)/2 + (n − 1)Z (wobei Z ist) ist eine ungerade Zahl), erreicht die Rundlaufschwankung des Innenrings ihr Minimum. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gleich nZ ist, erreicht die Rundlaufabweichung des Innenrings ihr Maximum. Dieser Trend tritt auf, weil das Modell davon ausgeht, dass sich der Innenring dreht. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gleich (2n − 1)Z/2 ist, wellt sich jedes Mal, wenn eine Rolle zu einer Spitze oder einem Tal wellt, auch die benachbarte Rolle zu der gegenüberliegenden Spitze oder dem gegenüberliegenden Tal und verursacht eine minimale Rundlaufabweichung des Innenrings . Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gleich nZ ist, wellen sich die benachbarten Rollen in der Kontaktzone gleichzeitig bis zum gleichen Gipfel oder Tal und verursachen eine maximale Rundlaufabweichung des Innenrings. Um die Rotationsgenauigkeit des zusammengebauten Lagers effektiv zu verbessern, sollten die harmonischen Komponenten der Innenlaufbahn mit ganzzahligen Vielfachen der Rollenzahl im Komponentenbearbeitungsprozess kontrolliert werden.

Abbildung 10 zeigt die Beziehung zwischen der Rundlaufschwankung des Innenrings und der Amplitude des Rundheitsfehlers in der Innenlaufbahn. Die Rundlaufabweichung des Innenrings nimmt mit zunehmender Amplitude des Rundheitsfehlers zu. Der deutliche Anstieg der Rundlaufschwankung des Innenrings entsteht, weil die Zunahme der Amplitude des Rundheitsfehlers die Höhe zwischen der Spitze und dem Tal der Wellung erhöht und so den maximalen Rundlaufabstand des Innenrings vergrößert und den minimalen verringert Auslaufstrecke.

Auswirkung der Amplitude des Rundheitsfehlers in der Innenlaufbahn auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Der Einfluss der Amplitude des Rundheitsfehlers auf die Rundlaufabweichung des Innenrings ändert sich mit der Rollenanzahl und der Ordnung des Rundheitsfehlers. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gleich (2n − 1)Z/2 (wobei n eine natürliche Zahl und Z eine gerade Zahl ist) oder (Z ± 1)/2 + (n − 1)Z (wobei Z ist eine ungerade Zahl), die Amplitude des Rundheitsfehlers in der Innenlaufbahn hat weniger Einfluss auf die Rundlaufabweichung des Innenrings. Wenn die Größenordnung des Rundheitsfehlers gleich nZ ist, hat die Amplitude des Rundheitsfehlers in der Innenlaufbahn einen erheblichen Einfluss auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Abbildung 11 zeigt den Einfluss der Ordnung des Rundheitsfehlers in der Außenlaufbahn auf die Rundlaufschwankung des Innenrings bei unterschiedlichen Rollenzahlen. Abbildung 11 zeigt, dass, wenn die Größenordnung des Rundheitsfehlers der äußeren Laufbahn mehr als die Hälfte der Rollenanzahl beträgt, die Rundlaufschwankung des Innenrings einer Sinuskurve mit zunehmender Ordnung des Rundheitsfehlers und einer Periode gleich Z nahekommt. Die Zunahme Die Rundlaufabweichung des Innenrings ist proportional zur Zunahme der Amplitude des Rundheitsfehlers in der Außenlaufbahn.

Auswirkung der Ordnung des Rundheitsfehlers in der Außenlaufbahn auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Abbildung 11 zeigt auch, dass die Rundlaufabweichung des Innenrings ihr Minimum erreicht, wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gleich (2n + 1)Z/2 (wobei Z eine gerade Zahl ist) oder (Z ± 1)/ ist. 2 + (2n − 1)Z (wobei Z eine ungerade Zahl ist). Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gleich nZ ist, erreicht die Rundlaufabweichung des Innenrings ihr Maximum. Wenn die Größenordnung des Rundheitsfehlers weniger als die Hälfte der Rollenanzahl beträgt, weist die Rundlaufschwankung des Innenrings mit zunehmender Rollenanzahl eine stark nichtlineare Variation auf. Dieser Trend tritt auf, weil sich der Außenring nicht dreht und das Profil der Außenlaufbahn in der Kontaktzone des Lagers kleiner ist als ein periodisches Profil der Außenlaufbahn. Die Rundlaufabweichung des Innenrings resultiert aus einem Teil eines periodischen Profils.

Wenn die Anzahl der Rollen zunimmt, zeigt die Rundlaufschwankung des Innenrings eine stark nichtlineare Schwankung und keine periodische Schwankung. Um die Rotationsgenauigkeit eines zusammengebauten Lagers effektiv zu verbessern, sollten die harmonischen Komponenten der Außenlaufbahn mit ganzzahligen Vielfachen der Rollenzahl im Komponentenbearbeitungsprozess kontrolliert werden.

Abbildung 12 zeigt die Beziehung zwischen der Rundlaufschwankung des Innenrings und der Amplitude des Rundheitsfehlers in der Außenlaufbahn. Die Rundlaufabweichung des Innenrings nimmt mit zunehmender Amplitude des Rundheitsfehlers linear zu. Die Auswirkung der Amplitude des Rundheitsfehlers auf die Rundlaufschwankung des Innenrings ändert sich mit der Rollenanzahl und der Reihenfolge des Rundheitsfehlers. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers weniger als die Hälfte der Rollenanzahl beträgt und die Ordnung des Rundheitsfehlers 2 oder 4 beträgt, hat die Amplitude des Rundheitsfehlers weniger Einfluss auf die Rundlaufabweichung des Innenrings. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers mehr als die Hälfte der Walzenzahl beträgt und gleich (2n − 1)Z/2 (wobei n eine natürliche Zahl und Z eine gerade Zahl ist) oder (Z ± 1)/2 + ist (2n − 1)Z (wobei Z eine ungerade Zahl ist) hat die Amplitude des Rundheitsfehlers in der Außenlaufbahn einen geringeren Einfluss auf die Rundlaufabweichung des Innenrings. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gleich nZ ist, hat die Amplitude des Rundheitsfehlers in der Außenlaufbahn einen erheblichen Einfluss auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Auswirkung der Amplitude des Rundheitsfehlers in der Außenlaufbahn auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Abbildung 13 zeigt die Auswirkung der Reihenfolge der Rundheitsfehler in den Rollen auf die Rundlaufabweichung des Innenrings. Um den Kopplungseffekt der Rollenanzahl und der Ordnung des Rundheitsfehlers der Rollen auf die Rundlaufabweichung des Innenrings zu analysieren, wird der Einfluss der Ordnung des Rundheitsfehlers bei unterschiedlichen Rollennummern angegeben. Die Unrundheitsabweichung des Innenrings schwankt periodisch mit zunehmender Größenordnung des Rundheitsfehlers, und die Periode hängt von der Parität der Rollenanzahl ab. Bei einer geraden Rollennummer ist die Periode gleich Z. Bei einer ungeraden Rollennummer ist die Periode gleich 2Z.

Auswirkung der Ordnung des Rundheitsfehlers der Rollen auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Die Rundlaufabweichung des Innenrings erreicht ihr Maximum, wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers ungerade ist. Wenn die Größenordnung des Rundheitsfehlers gerade ist, erreicht die Rundlaufschwankung des Innenrings ihr Minimum und bei gerader Amplitude des Rundheitsfehlers beträgt die Rundlaufschwankung des Innenrings weniger als 0,1 μm. Die Zunahme der Rundlaufabweichung des Innenrings ist proportional zur Zunahme der Amplitude des Rundheitsfehlers in den Rollen. Die Auswirkung von Rundheitsfehlern gerader Ordnung in den Rollen auf die Rundlaufschwankung des Innenrings ist erheblich, und die Auswirkung von Rundheitsfehlern ungerader Ordnung in den Rollen auf die Rundlaufschwankung des Innenrings ist vernachlässigbar.

Abbildung 14 zeigt die Auswirkung der Amplitude des Rundheitsfehlers in den Rollen auf die Rundlaufabweichung des Innenrings. Die Rundlaufschwankung des Innenrings nimmt linear zu, wenn die Amplitude des Rundheitsfehlers in den Rollen zunimmt, und die Auswirkung der Amplitude des Rundheitsfehlers auf die Rundlaufschwankung des Innenrings ändert sich mit der Anzahl und Reihenfolge der Rollen des Rundheitsfehlers. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gerade ist, nimmt die Rundlaufabweichung des Innenrings mit der Amplitude des Rundheitsfehlers stark zu. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers gerade ist und (Z − 1)/2 ± 1 (wobei Z eine ungerade Zahl ist) oder Z/2 ± 1 (wobei Z/2 eine ungerade Zahl ist), beträgt die Amplitude der Rundheit Fehler in den Rollen haben weniger Einfluss auf die Rundlaufabweichung des Innenrings. Wenn die Größenordnung des Rundheitsfehlers gerade ist und nZ beträgt (wobei nZ eine gerade Zahl ist), hat die Amplitude des Rundheitsfehlers in den Rollen einen erheblichen Einfluss auf die Rundlaufabweichung des Innenrings. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers ungerade ist, nimmt die Rundlaufschwankung des Innenrings mit zunehmender Amplitude des Rundheitsfehlers leicht zu, beträgt jedoch immer weniger als 0,07 μm. Die Auswirkung der Amplitude des Rundheitsfehlers mit geraden Ordnungen auf die Rundlaufabweichung des Innenrings ist erheblich, und die Auswirkung der Amplitude des Rundheitsfehlers mit ungeraden Ordnungen auf die Rundlaufabweichung des Innenrings ist vernachlässigbar .

Auswirkung der Amplitude des Rundheitsfehlers der Rollen auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Abbildung 15 zeigt den Einfluss der Rollenanzahl auf die Rundlaufabweichung des Innenrings bei einem Rundheitsfehler in der Innenlaufbahn. Der Einfluss der Rollenanzahl variiert mit der Größenordnung des Rundheitsfehlers in der Innenlaufbahn. Wenn die Größenordnung des Rundheitsfehlers groß ist, zeigt die Rundlaufschwankung des Innenrings mit zunehmender Rollenzahl eine signifikante nichtlineare Lauffläche, da der Kopplungseffekt der Rollenzahl und der Größenordnung des Rundheitsfehlers den Extrempunkt ausmacht Die Rundlaufabweichung des Innenrings nimmt mit zunehmender Ordnung des Rundheitsfehlers deutlich zu. Eine Erhöhung der Rollenanzahl führt nicht immer zu einer Verringerung der Rundlaufabweichung im Innenring, wenn ein Rundheitsfehler in der Innenlaufbahn vorliegt.

Einfluss der Rollennummer auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Abbildung 16 zeigt den Einfluss der Rollenanzahl auf die Rundlaufabweichung des Innenrings bei einem Rundheitsfehler in der Außenlaufbahn. Der Einfluss der Rollennummer auf die Rundlaufabweichung des Innenrings ändert sich mit der Größenordnung des Rundheitsfehlers in der Außenlaufbahn. Wenn die Ordnung des Rundheitsfehlers groß ist, schwankt die Unrundheitsschwankung des Innenrings aufgrund des Kopplungseffekts der Rollenzahl stärker, wenn die Rollenanzahl zunimmt und die Ordnung des Rundheitsfehlers in der Außenlaufbahn mit der größer wird Erhöhung der Größenordnung des Rundheitsfehlers. Eine Erhöhung der Rollenanzahl führt nicht immer zu einer Verringerung der Rundlaufabweichung im Innenring, wenn an der Außenlaufbahn ein Rundheitsfehler vorliegt.

Einfluss der Rollennummer auf die Rundlaufabweichung des Innenrings.

Die Amplitude und Ordnung des Rundheitsfehlers in der Innen- und Außenlaufbahn hat einen erheblichen Einfluss auf den Bewegungsfehler der Zylinderrollenlager. Wenn die Größenordnung des Rundheitsfehlers in der inneren Laufbahn gleich (2n − 1)Z/2 (wobei n eine natürliche Zahl und Z eine gerade Zahl ist) oder (Z ± 1)/2 + (n − 1) ist )Z (wobei Z eine ungerade Zahl ist) oder die Ordnung des Rundheitsfehlers in der äußeren Laufbahn ist gleich (2n + 1)Z/2 (wobei Z eine gerade Zahl ist) oder (Z ± 1)/2 + ( 2n − 1)Z (wobei Z eine ungerade Zahl ist) reduziert der Rundheitsfehler in den Laufbahnen den Bewegungsfehler des Lagers erheblich und verbessert die Rotationsgenauigkeit des zusammengebauten Lagers. Wenn die Größenordnung des Rundheitsfehlers in der inneren oder äußeren Laufbahn gleich nZ ist, erhöht der Rundheitsfehler in den Laufbahnen den Bewegungsfehler des Lagers erheblich und die Rotationsgenauigkeit des zusammengebauten Lagers nimmt erheblich ab. Um die Rotationsgenauigkeit von Zylinderrollenlagern zu verbessern, ist es wichtig, bei der Bearbeitung der Innen- und Außenlaufbahnen die Erzeugung harmonischer Komponenten zu vermeiden, deren Ordnung ein ganzzahliges Vielfaches der Rollenzahl ist.

Der Einfluss des Rundheitsfehlers gerader Ordnung der Rollen auf den Bewegungsfehler von Zylinderrollenlagern ist erheblich, während der Rundheitsfehler ungerader Ordnung der Rollen den Bewegungsfehler nicht beeinflusst. Harmonische Komponenten gerader Ordnung in den Rollen sollten streng kontrolliert werden, um die Rotationsgenauigkeit des zusammengebauten Lagers zu verbessern.

Eine Erhöhung der Rollenanzahl führt aufgrund des Kopplungseffekts der Rollenanzahl und des Rundheitsfehlers der Lagerkomponenten nicht immer zu einer Verringerung des Bewegungsfehlers der Zylinderrollenlager. Die Rollenanzahl sollte mit der harmonischen Reihenfolge der Lagerkomponenten übereinstimmen, um die Rotationsgenauigkeit des zusammengebauten Lagers wirksam zu verbessern.

Positive ganze Zahl

Walzennummer

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Die Autoren danken dem National Key Research and Development Project (Nr. 2018YFB2000501) für die finanzielle Unterstützung. Diese Arbeit wird auch vom Hauptprogramm für Wissenschaft und Technik der Provinz Henan (Nr. 191110213300) unterstützt.

School of Mechatronics Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China

Yongjian Yu, Jishun Li und Yujun Xue

Henan Key Laboratory for Machinery Design and Transmission System, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China

Yongjian Yu, Jishun Li und Yujun Xue

Staatliches Schlüssellabor für Präzisionslager in der Luftfahrt, Luoyang LYC Bearings Co., Ltd, Luoyang, 471039, China

Yujun Xue

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YY schrieb den Haupttext des Manuskripts und JL und YX modifizierten den Einleitungsteil. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Yongjian Yu.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Yu, Y., Li, J. & Xue, Y. Einfluss von Rundheitsfehlern von Lagerkomponenten auf die Rotationsgenauigkeit von Zylinderrollenlagern. Sci Rep 12, 6794 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-07718-y

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Eingegangen: 22. August 2021

Angenommen: 21. Februar 2022

Veröffentlicht: 26. April 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-07718-y

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