Influencia de los errores de redondez de los componentes del rodamiento en la precisión de rotación de los rodamientos de rodillos cilíndricos

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 6794 (2022) Citar este artículo

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Comprender la influencia de los errores de redondez de los componentes del rodamiento y el número de rodillos en la precisión de rotación de los rodamientos es crucial en el diseño de rodamientos de alta precisión. La precisión de rotación de un rodamiento ensamblado depende del número de rodillos y de los errores de redondez de los componentes del rodamiento. Proponemos un modelo para calcular la precisión rotacional de un rodamiento de rodillos cilíndricos; Verificamos experimentalmente la efectividad del modelo para predecir la desviación radial del anillo interior propuesto en el artículo anterior de esta serie. Intentamos definir los factores clave que contribuyen a la precisión de rotación estudiando tanto la influencia del efecto de acoplamiento del número de rodillos como la influencia de los errores de redondez en la pista de rodadura interior, la pista de rodadura exterior y los rodillos sobre el error de movimiento. El modelo y los resultados ayudarán a los ingenieros a elegir tolerancias de fabricación razonables para los componentes de los rodamientos a fin de lograr la precisión de rotación requerida.

Los rodamientos son piezas mecánicas importantes que se utilizan habitualmente en mecanismos complejos, como turbinas de gas de aviones, máquinas herramienta de precisión, discos y giroscopios. La precisión de rotación de un rodamiento ensamblado impacta directamente en la precisión de trabajo del equipo mecánico1,2. En la fabricación, la acción dinámica y la precisión del husillo de la máquina herramienta siempre introducirán cierto grado de error en los componentes del rodamiento. Este error de redondez es un factor crítico en el error de movimiento3 y debe estudiarse para mejorar aún más la precisión de rotación de los rodamientos de rodillos.

Investigaciones anteriores sobre la precisión de rotación de los rodamientos se centraron principalmente en la desviación radial. Bhateja et al.4 propusieron un método para calcular la desviación de rodamientos de rodillos huecos y estudiaron los componentes resultantes de la desviación a partir de los errores geométricos y dimensionales en los rodillos y pistas de rodadura. Chen et al.5,6 propusieron un método para calcular el descentramiento radial y la distribución de carga estática de rodamientos de rodillos cilíndricos y analizaron los efectos de los errores de redondez en las pistas de rodadura y las diferencias de diámetro de los rodillos sobre el descentramiento radial y la carga. distribución.

En la investigación anterior de esta serie, Yu et al.7,8 propusieron un método para calcular el descentramiento radial del aro interior y analizaron los efectos del error de forma en la pista de rodadura interior y el número de rodillos en el descentramiento radial. de rodamientos de rodillos cilíndricos. Yu et al.9, Li et al.10 y Liu et al.11 propusieron un método para calcular la desviación radial del anillo exterior considerando el error de redondez de la pista de rodadura exterior e investigaron las influencias del error de redondez, el número de rodillos y juego radial en la excentricidad radial en rodamientos de rodillos cilíndricos. Yu et al.12 propusieron y verificaron experimentalmente un método para calcular la órbita del centro del anillo exterior considerando los errores geométricos de los componentes del rodamiento.

Los investigadores también han estudiado la influencia del error geométrico del componente en la desviación no repetitiva (NRRO) y la órbita del eje. Noguchi et al.13,14,15,16,17 desarrollaron un método para calcular el NRRO de rodamientos de bolas e investigaron teóricamente los efectos del número de bolas y el error geométrico del elemento en el NRRO. Jang et al.18 analizaron el efecto de la amortiguación viscoelástica sobre el NRRO de un rodamiento de bolas. Liu et al.19 y Tada et al.20 propusieron modelos de predicción para la NRRO de un rodamiento de bolas y analizaron el efecto de la ondulación de la ranura interior, la ranura exterior, las bolas y el número de bolas en la NRRO. Ma et al.21 propusieron un método orbital del centro del eje para rodamientos de rodillos a rótula y analizaron la influencia de los errores del diámetro del rodillo en la órbita del centro del eje. Okamoto et al.22 presentaron un modelo de cálculo para la órbita del eje del eje del rodamiento de bolas e investigaron la influencia del error de forma, el número de bolas y el error del diámetro de la bola en la órbita del eje del eje.

Otros investigadores han investigado la influencia de la ondulación de los componentes del rodamiento en el rendimiento dinámico de los rodamientos de rodillos en diferentes condiciones operativas. Wardle et al.23,24 y Ono et al.25,26 investigaron el efecto de la ondulación del elemento sobre el rendimiento dinámico de los rodamientos de bolas. Talbot et al.27 investigaron la influencia de la macrogeometría de los componentes del rodamiento sobre las intensidades de carga. Harsha et al.28, Wang et al.29 y Gunhee et al.30 analizaron el efecto de la pista de rodadura y la ondulación de las bolas en la dinámica de sistemas rígidos de rodamientos de rotor. Xu et al.31,32 y Kankar et al.33 analizaron la influencia de la ondulación y los defectos localizados en el desempeño dinámico de los mecanismos. Shao et al.34 y Wang et al.35 investigaron el efecto de los defectos localizados en las pistas de rodadura sobre la vibración del rodamiento. Tong et al.36 analizaron la influencia del error de forma en el rendimiento de los rodamientos de rodillos cónicos. Petersen et al.37 investigaron la influencia de los defectos locales y la rugosidad de la pista de rodadura en la dinámica de un rodamiento de rodillos de dos hileras. Podmasteriev38 analizó el efecto del error geométrico de la pista de rodadura sobre la probabilidad de microcontactos en las zonas de fricción.

Si bien se han realizado estudios sobre el alabeo no repetitivo y el rendimiento dinámico, hay relativamente poca investigación sobre la precisión rotacional de los rodamientos. La investigación sobre la precisión rotacional se ha centrado principalmente en el error de movimiento de los rodamientos derivado de la acción combinada del número de rodillos y el error de redondez de los componentes en el proceso de rotación. El error de movimiento del rodamiento incluye el descentramiento del anillo giratorio en las direcciones horizontal y vertical del plano radial.

En la investigación actual sobre la precisión rotacional, muchos estudios han investigado el efecto del error geométrico del componente en la desviación vertical del anillo giratorio. Sin embargo, la desviación vertical del anillo giratorio no refleja exactamente la desviación del anillo giratorio en el plano radial, porque ignora la desviación horizontal del anillo giratorio. Intentamos identificar los factores clave que contribuyen al error de movimiento de los rodamientos estudiando tanto la influencia del efecto de acoplamiento del número de rodillos como la influencia de los errores de redondez de los componentes en la desviación del anillo giratorio en el plano radial. En el artículo anterior de esta serie39 se propuso un modelo de predicción de errores de movimiento para rodamientos de rodillos cilíndricos y se describe brevemente en la sección “Modelo de predicción para la precisión rotacional de rodamientos de rodillos cilíndricos”. El presente estudio verificará experimentalmente el modelo propuesto previamente.

El error de rotación de los rodamientos en condiciones sin carga y a baja velocidad determina el nivel de precisión de rotación. A medida que disminuye el error de rotación, aumenta el nivel de precisión de rotación. La precisión de rotación de los rodamientos se define como el error entre la posición de la cara de ajuste y la posición ideal del anillo giratorio en condiciones sin carga y baja velocidad.

No se aplica ninguna carga de trabajo al rodamiento durante las mediciones, pero para mantener la estabilidad operativa del rodamiento (contacto total entre los elementos rodantes y la pista de rodadura), es necesario aplicar una pequeña carga de medición al rodamiento. Esta carga debe ser lo suficientemente pequeña como para no causar una deformación elástica visible entre los componentes del rodamiento. Las velocidades bajas evitan el impacto entre los componentes y reducen la vibración del rodamiento, lo que garantiza que el error de movimiento medido del rodamiento solo sea causado por errores de redondez en los componentes del rodamiento.

La Figura 1 muestra un diagrama de un rodamiento con el aro interior moviéndose a lo largo de las direcciones horizontal y vertical del plano radial. El error de movimiento ocurre cuando el anillo interior gira alrededor de su eje debido a errores geométricos en las pistas de rodadura y los rodillos. En el caso ilustrado, la pista de rodadura interior hace contacto con la parte inferior de los rodillos antes de que el anillo interior se mueva a una posición de equilibrio (Xi, Yi). Las coordenadas del centro del anillo interior varían a medida que gira. El modelo de predicción desarrollado previamente se derivó de un modelo de restricción geométrica de rodamientos de rodillos cilíndricos. El modelo de restricciones sintetiza tanto los errores geométricos de las pistas de rodadura y los rodillos como el cambio en las posiciones reales de contacto entre las pistas de rodadura y los rodillos. Los cálculos del modelo de predicción se repiten como se describe a continuación:

Las coordenadas centrales de los rodillos inferiores que hacen contacto con la pista de rodadura exterior se calculan cuando el anillo interior gira un ángulo de paso determinado.

El anillo interior se mueve en el plano radial y los estados de contacto (contacto, separación e interferencia) entre la pista interior y los rodillos se determinan para cada posición dada.

La posición del aro interior en el plano radial se distingue de otras posiciones mediante el criterio de estabilidad basado en el principio de equilibrio de fuerzas.

La distancia entre los centros del anillo interior y el anillo exterior se calcula cuando el anillo interior gira un ángulo determinado.

Modelo geométrico de un rodamiento.

Cada vez que el anillo interior gira, la distancia entre los centros del anillo interior y del anillo exterior se calcula repitiendo los cálculos anteriores en diferentes ángulos de rotación. La diferencia entre la distancia máxima y la distancia mínima derivada de este proceso es la variación de alabeo del anillo interior, que refleja el rango de alabeo del anillo interior.

La Figura 2 muestra la composición básica de un dispositivo utilizado para medir la precisión de rotación de un rodamiento de rodillos cilíndricos. Los principios de medición y los métodos de desviación radial se dan en la norma internacional40. El disco con horquillas, el cojinete de prueba y el codificador están fijados al mandril cónico. El mandril está sostenido por un par de centros coaxiales de modo que sólo puede girar a lo largo de su eje. La carga de medición se aplica al anillo exterior del rodamiento de prueba en dirección vertical para mantener estable el rodamiento de prueba. La polea grande es impulsada por el motor y la polea pequeña. El mandril es impulsado por la correa blanda de la polea grande y el par de horquillas del disco. El aro interior del rodamiento de prueba gira con el mandril.

Diagrama esquemático para medir el alabeo radial del aro interior.

Cuando el anillo interior gira 0,7°, el sistema de activación de la señal de adquisición envía una señal de pulso al controlador de adquisición de datos para que recopile los datos de desplazamiento horizontal y vertical del anillo exterior en la sección central una vez. Se obtiene el desplazamiento del aro exterior correspondiente al número de ángulos de rotación. La diferencia entre los valores de desplazamiento máximo y mínimo es la desviación radial del aro interior.

Este método obtiene indirectamente la desviación radial del aro interior midiendo el desplazamiento del aro exterior. El aro interior está fijado al husillo mientras que el aro exterior está estático. La desviación del aro interior con respecto al aro exterior es equivalente a la desviación del aro exterior con respecto al aro interior.

La Figura 3 muestra el dispositivo de prueba utilizado en este estudio para determinar la desviación del anillo interior. La Figura 4 muestra los tres juegos de rodamientos de rodillos cilíndricos NU208 seleccionados como rodamientos de prueba.

Dispositivo de prueba para medir la desviación radial del aro interior.

Rodamientos de prueba NU208.

El desplazamiento del aro interior depende de la posición relativa de los componentes del rodamiento, por lo que es necesario seleccionar un estado de medición inicial (posiciones relativas del aro interior, del aro exterior y del rodillo) para poder comparar con precisión los resultados modelados y experimentales. Por cada rotación del anillo interior, se recopilan 512 mediciones de desplazamiento.

Para calcular el desplazamiento del aro interior con el modelo de predicción, es necesario obtener el tamaño y la curva de contorno de los componentes del rodamiento mediante pruebas. La curva de contorno de las pistas de rodadura de los rodamientos se reconstruye mediante series de Fourier donde se obtienen experimentalmente los parámetros de la serie de Fourier. Los datos del perfil de las pistas de rodadura de los rodamientos en la sección central se recopilan con un instrumento de redondez y el orden armónico, y su amplitud y ángulo de fase correspondientes se obtienen mediante el análisis espectral de los datos.

La Tabla 1 muestra los parámetros de los rodamientos de prueba. La posición relativa de los componentes es consistente con el estado de prueba inicial del rodamiento de prueba. Se ignora el error de redondez de los rodillos. Por cada rotación del anillo interior, el modelo de predicción recopila 512 puntos de desplazamiento. Las Figuras 5, 6 y 7 comparan los resultados modelados con los resultados experimentales para cada uno de los tres rodamientos de prueba.

Primera prueba que lleva a cabo una comparación entre los resultados experimentales y los resultados modelados.

Segunda prueba que lleva a cabo una comparación entre los resultados experimentales y los resultados modelados.

Tercera prueba que lleva a cabo una comparación entre los resultados experimentales y los resultados modelados.

Los valores predichos del modelo son consistentes con los resultados experimentales en la dirección vertical y en la dirección horizontal. De las Figs. 5a, 6a y 7a, se puede ver que existe un fenómeno de salto en el desplazamiento X del anillo interior. Las razones de este fenómeno son las siguientes. Cuando la amplitud del error de redondez en la pista de rodadura interna es relativamente pequeña, solo los rodillos N° 1 y N° 2 hacen contacto con las pistas de rodadura bajo restricciones geométricas, como se muestra en la Fig. 8a. Cuando el rodillo No.2 rueda del tercer cuadrante al cuarto cuadrante, el rodillo No.3 hace contacto con las pistas de rodadura y el rodillo No.1 está separado de la pista de rodadura interior. En este punto, los rodillos que hacen contacto con las pistas de rodadura cambian del rodillo N°1 y N°2 al rodillo N°2 y N°3, y la posición central del anillo interior varía del cuarto cuadrante al tercero. cuadrante, como se muestra en la Fig. 8b. Por lo tanto, la coordenada X del anillo interior cambia del valor positivo al valor negativo, lo que resulta en un salto en el desplazamiento X del anillo interior.

Estado de contacto del anillo interior con la pista de rodadura interior para una elipse.

Lo más probable es que las diferencias entre los resultados de la predicción y los resultados experimentales se deban a.

El estado inicial del rodamiento depende del estado inicial y de la posición relativa del aro interior, del aro exterior y de todos los rodillos. El estado inicial del rodamiento determina directamente la forma del contorno de interacción entre los componentes del rodamiento y afecta el desplazamiento del aro interior. Es difícil garantizar que el estado inicial de los componentes del rodamiento sea completamente consistente con el estado definido en la predicción teórica.

El propósito de la prueba es medir el desplazamiento del aro exterior (equivalente al desplazamiento del aro interior) causado por el error geométrico de los componentes del rodamiento. Sin embargo, el error de rotación del husillo también provocará cierto desplazamiento del anillo exterior, porque el husillo gira sincrónicamente con el anillo interior. El desplazamiento real medido del anillo exterior puede incluir este error del husillo, mientras que el desplazamiento previsto no.

Es difícil aplicar la fuerza medida al anillo exterior a lo largo de la dirección vertical, lo que puede desviar el estado de prueba del rodamiento de prueba del estado teórico y causar diferencias entre los resultados previstos y los resultados experimentales.

El error de geometría axial y el error de forma de todos los rodillos no se consideran en los resultados previstos, pero pueden afectar los resultados medidos.

La Tabla 2 muestra los principales parámetros de los rodamientos de rodillos cilíndricos tipo NU208 utilizados en este estudio. Se analiza la influencia del número de rodillos y los errores de redondez en la pista de rodadura interior, la pista de rodadura exterior y los rodillos en la variación de alabeo del aro interior. En esta sección se examina el efecto de acoplamiento del número de rodillos y el error de redondez del componente en la variación de excentricidad del aro interior.

La Figura 9 muestra el efecto del error de orden de redondez en la pista de rodadura interior sobre la variación de alabeo del anillo interior con diferentes números de rodillos. Los resultados previstos (Fig. 9) indicaron que la variación de alabeo del anillo interior se aproxima a una curva sinusoidal con el orden creciente del error de redondez y el período es igual a Z (número de rodillos). El aumento en la variación de alabeo del anillo interior es proporcional al aumento en la amplitud del error de redondez en la pista de rodadura interior. El efecto del orden del error de redondez en la variación de concentricidad del aro interior cambia con el número de rodillos.

Efecto del orden del error de redondez en la pista de rodadura interior sobre la variación de alabeo del aro interior.

Cuando el error de orden de redondez es igual a (2n − 1)Z/2 (donde n es un número natural y Z es un número par) o (Z ± 1)/2 + (n − 1)Z (donde Z es un número impar), la variación de concentricidad del anillo interior alcanza su mínimo. Cuando el error de orden de redondez es igual a nZ, la variación de alabeo del anillo interior alcanza su máximo. Esta tendencia se produce porque el modelo supone que el anillo interior gira. Cuando el error de orden de redondez es igual a (2n − 1)Z/2, cada vez que un rodillo ondula hacia un pico o valle, el rodillo adyacente también ondula hacia el pico o valle opuesto y provoca una variación mínima de excentricidad del anillo interior. . Cuando el orden del error de redondez es igual a nZ, los rodillos adyacentes en la zona de contacto ondulan simultáneamente hasta el mismo pico o valle y provocan una variación máxima de concentricidad del anillo interior. Para mejorar efectivamente la precisión de rotación del rodamiento ensamblado, los componentes armónicos de la pista de rodadura interna con múltiples órdenes integrales del número de rodillos deben controlarse en el proceso de mecanizado de componentes.

La Figura 10 muestra la relación entre la variación de alabeo del anillo interior y la amplitud del error de redondez en la pista de rodadura interior. La variación de concentricidad del anillo interior aumenta a medida que aumenta la amplitud del error de redondez. El aumento significativo en la variación de la excentricidad del anillo interior se produce porque el aumento en la amplitud del error de redondez aumenta la altura entre el pico y el valle de la ondulación y, por lo tanto, aumenta la distancia máxima de excentricidad del anillo interior y disminuye la mínima. distancia de salida.

Efecto de la amplitud del error de redondez en la pista de rodadura interior sobre la variación de alabeo del aro interior.

El efecto de la amplitud del error de redondez sobre la variación de concentricidad del anillo interior cambia con el número de rodillos y el orden del error de redondez. Cuando el orden del error de redondez es igual a (2n − 1)Z/2 (donde n es un número natural y Z es un número par) o a (Z ± 1)/2 + (n − 1)Z (donde Z es un número impar), la amplitud del error de redondez en la pista interior tiene menos influencia en la variación de alabeo del anillo interior. Cuando el orden del error de redondez es igual a nZ, la amplitud del error de redondez en la pista de rodadura interior tiene un efecto significativo en la variación de alabeo del anillo interior.

La Figura 11 muestra la influencia del orden del error de redondez en la pista de rodadura exterior sobre la variación de alabeo del aro interior con diferentes números de rodillos. La Figura 11 indica que cuando el orden del error de redondez de la pista de rodadura exterior es más de la mitad del número de rodillos, la variación de alabeo del anillo interior se aproxima a una curva sinusoidal con un orden creciente de error de redondez y un período igual a Z. El aumento en la variación de alabeo del anillo interior es proporcional al aumento de la amplitud del error de redondez en la pista de rodadura exterior.

Efecto del error de orden de redondez en la pista exterior sobre la variación de alabeo del aro interior.

La Figura 11 también indica que la variación de alabeo del anillo interior alcanza su mínimo cuando el error de orden de redondez es igual a (2n + 1)Z/2 (donde Z es un número par) o a (Z ± 1)/ 2 + (2n − 1)Z (donde Z es un número impar). Cuando el orden del error de redondez es igual a nZ, la variación de alabeo del anillo interior alcanza su máximo. Cuando el error de orden de redondez es inferior a la mitad del número de rodillos, la variación de alabeo del anillo interior tiene una variación fuertemente no lineal a medida que aumenta el número de rodillos. Esta tendencia se produce porque el aro exterior no gira y el perfil de la pista de rodadura exterior en la zona de contacto del rodamiento es menor que un perfil periódico de la pista de rodadura exterior. La variación de concentricidad del aro interior resulta de parte de un perfil periódico.

Cuando el número de rodillos aumenta, la variación de excentricidad del anillo interior muestra una variación fuertemente no lineal, no una variación periódica. Para mejorar efectivamente la precisión de rotación de un rodamiento ensamblado, los componentes armónicos de la pista de rodadura exterior con múltiples órdenes integrales del número de rodillos deben controlarse en el proceso de mecanizado de componentes.

La Figura 12 muestra la relación entre la variación de alabeo del anillo interior y la amplitud del error de redondez en la pista de rodadura exterior. La variación de concentricidad del anillo interior aumenta linealmente a medida que aumenta la amplitud del error de redondez. El efecto de la amplitud del error de redondez sobre la variación de concentricidad del anillo interior cambia con el número de rodillos y el orden del error de redondez. Cuando el orden de error de redondez es menor que la mitad del número de rodillos y el orden de error de redondez es igual a 2 o 4, la amplitud del error de redondez tiene menos influencia en la variación de excentricidad del anillo interior. Cuando el error de orden de redondez es mayor que la mitad del número de rodillos y es igual a (2n − 1)Z/2 (donde n es un número natural y Z es un número par) o a (Z ± 1)/2 + (2n − 1)Z (donde Z es un número impar) la amplitud del error de redondez en la pista exterior tiene menos influencia en la variación de alabeo del anillo interior. Cuando el orden del error de redondez es igual a nZ, la amplitud del error de redondez en la pista de rodadura exterior tiene un efecto significativo en la variación de alabeo del anillo interior.

Efecto de la amplitud del error de redondez en la pista exterior sobre la variación de alabeo del aro interior.

La Figura 13 muestra el efecto del error de orden de redondez en los rodillos sobre la variación de alabeo del aro interior. Para analizar el efecto de acoplamiento del número de rodillos y el error de orden de redondez en los rodillos sobre la variación de excentricidad del anillo interior, se proporciona el efecto del error de orden de redondez en diferentes números de rodillos. La variación de la desviación del anillo interior fluctúa periódicamente con el aumento del error de orden de redondez, y el período depende de la paridad del número de rodillos. Cuando el número del rodillo es par el período es igual a Z. Cuando el número del rodillo es impar el período es igual a 2Z.

Efecto del error de orden de redondez en los rodillos sobre la variación de alabeo del aro interior.

La variación de concentricidad del anillo interior alcanza su máximo cuando el error de orden de redondez es impar. Cuando el orden del error de redondez es par, la variación de excentricidad del anillo interior alcanza su mínimo y para incluso la amplitud del error de redondez, la variación de excentricidad del anillo interior es inferior a 0,1 µm. El aumento en la variación de concentricidad del anillo interior es proporcional al aumento de la amplitud del error de redondez en los rodillos. El efecto de los errores de orden par de redondez en los rodillos sobre la variación de excentricidad del anillo interior es significativo, y el efecto de los errores de orden impar de redondez en los rodillos sobre la variación de excentricidad del anillo interior es insignificante.

La Figura 14 muestra el efecto de la amplitud del error de redondez en los rodillos sobre la variación de alabeo del aro interior. La variación de excentricidad del anillo interior aumenta linealmente a medida que aumenta la amplitud del error de redondez en los rodillos, y el efecto de la amplitud del error de redondez en la variación de excentricidad del anillo interior cambia con el número y el orden de los rodillos. del error de redondez. Cuando el orden del error de redondez es par, la variación de concentricidad del anillo interior aumenta bruscamente con la amplitud del error de redondez. Cuando el orden del error de redondez es par e igual a (Z − 1)/2 ± 1 (donde Z es un número impar) o Z/2 ± 1 (donde Z/2 es un número impar), la amplitud del error de redondez El error en los rodillos tiene menos influencia en la variación del descentramiento del aro interior. Cuando el orden del error de redondez es par e igual a nZ (donde nZ es un número par), la amplitud del error de redondez en los rodillos tiene un efecto significativo en la variación de alabeo del anillo interior. Cuando el orden del error de redondez es impar, la variación de alabeo del anillo interior aumenta ligeramente a medida que aumenta la amplitud del error de redondez, pero siempre es inferior a 0,07 µm. El efecto de la amplitud del error de redondez con órdenes pares sobre la variación de concentricidad del anillo interior es significativo, y el efecto de la amplitud del error de redondez con órdenes impares sobre la variación de concentricidad del anillo interior es insignificante .

Efecto de la amplitud del error de redondez de los rodillos sobre la variación del alabeo del aro interior.

La Figura 15 muestra la influencia del número de rodillos en la variación de alabeo del aro interior cuando hay un error de redondez en la pista de rodadura interior. El efecto del número de rodillos varía con el orden del error de redondez en la pista interior. Cuando el orden del error de redondez es grande, la variación de salida del anillo interior muestra una banda de rodadura no lineal significativa con el número de rodillos creciente debido al efecto de acoplamiento del número de rodillos y el orden del error de redondez hace que el punto extremo de La variación de concentricidad del aro interior aumenta significativamente con el orden creciente del error de redondez. Aumentar el número de rodillos no siempre da como resultado una disminución de la variación de alabeo en el anillo interior cuando hay un error de redondez en la pista de rodadura interior.

Efecto del número de rodillos sobre la variación de alabeo del aro interior.

La Figura 16 muestra la influencia del número de rodillos en la variación de alabeo del aro interior cuando hay un error de redondez en la pista de rodadura exterior. El efecto del número de rodillos en la variación de alabeo del anillo interior cambia con el orden del error de redondez en la pista de rodadura exterior. Cuando el orden del error de redondez es grande, la variación de excentricidad del anillo interior fluctúa más a medida que aumenta el número de rodillos debido al efecto de acoplamiento del número de rodillos y el orden del error de redondez en la pista de rodadura exterior se vuelve fuerte con el aumento del orden del error de redondez. Aumentar el número de rodillos no siempre disminuye la variación de alabeo en el aro interior cuando hay un error de redondez en la pista de rodadura exterior.

Efecto del número de rodillos sobre la variación de alabeo del aro interior.

La amplitud y el orden del error de redondez en las pistas de rodadura interior y exterior tienen un impacto significativo en el error de movimiento de los rodamientos de rodillos cilíndricos. Cuando el orden del error de redondez en la pista interior es igual a (2n − 1)Z/2 (donde n es un número natural y Z es un número par) o a (Z ± 1)/2 + (n − 1 )Z (donde Z es un número impar) o el orden de error de redondez en la pista exterior es igual a (2n + 1)Z/2 (donde Z es un número par) o a (Z ± 1)/2 + ( 2n − 1)Z (donde Z es un número impar), el error de redondez en las pistas de rodadura reduce significativamente el error de movimiento del rodamiento y mejora la precisión de rotación del rodamiento ensamblado. Cuando el orden del error de redondez en la pista de rodadura interior o exterior es igual a nZ, el error de redondez en las pistas de rodadura aumenta significativamente el error de movimiento del rodamiento y la precisión de rotación del rodamiento ensamblado disminuye significativamente. Es fundamental evitar producir componentes armónicos donde el orden sea un múltiplo entero del número de rodillos en el proceso de mecanizado de las pistas de rodadura interior y exterior para mejorar la precisión de rotación de los rodamientos de rodillos cilíndricos.

El efecto del error de redondez de orden par en los rodillos sobre el error de movimiento de los rodamientos de rodillos cilíndricos es significativo, mientras que el error de redondez de orden impar en los rodillos no afecta el error de movimiento. Los componentes armónicos de orden uniforme en los rodillos deben controlarse estrictamente para mejorar la precisión de rotación del rodamiento ensamblado.

Aumentar el número de rodillos no siempre disminuye el error de movimiento de los rodamientos de rodillos cilíndricos debido al efecto de acoplamiento del número de rodillos y al error de redondez de los componentes del rodamiento. El número de rodillos debe coincidir con el orden armónico de los componentes del rodamiento para mejorar efectivamente la precisión de rotación del rodamiento ensamblado.

Entero positivo

Número de rodillo

Takabi, J. & Khonsari, MM Sobre el rendimiento dinámico de rodamientos de rodillos que funcionan a bajas velocidades de rotación teniendo en cuenta la rugosidad de la superficie. Tríbol. En t. 86(6), 62–71 (2015).

Artículo de Google Scholar

Sayles, RS & Poon, SY Topografía de superficie y vibración de elementos rodantes. Resumen. Ing. 3(6), 137–144 (1981).

Artículo de Google Scholar

Jiang, SY & Zheng, SF Diseño dinámico de un sistema de cojinete de husillo motorizado de alta velocidad. J. Mech. Des. 132(3), 0345011–0345015 (2010).

Artículo de Google Scholar

Bhateja, CP & Pine, RD Las características de precisión rotacional del rodillo hueco precargado. J. Lubr. Tecnología. 103(1), 6-12 (1981).

Artículo de Google Scholar

Chen, GC, Wang, BK y Mao, FH Efectos de la redondez de las pistas de rodadura y los errores en el diámetro de los rodillos sobre el juego y la desviación de un rodamiento de rodillos cilíndricos. Proc. Inst. Mec. Ing. Parte J J. Ing. Tríbol. 227(3), 275–285 (2013).

Artículo de Google Scholar

Chen, GC, Mao, FH y Wang, BK Efectos de los rodillos cilíndricos de gran tamaño en la distribución de carga estática en un rodamiento de rodillos cilíndricos. Proc. Inst. Mec. Ing. Parte J J. Ing. Tríbol. 226(8), 687–696 (2012).

Artículo de Google Scholar

Yu, YJ y cols. Precisión de rotación del rodamiento de rodillos cilíndricos basada en el perfil interior de la pista de rodadura. Mentón. J. Aerosp. Poder 32 (1), 55-161 (2017).

CAS Google Académico

Yu, YJ, Chen, GD, Li, JS, et al. Investigación sobre la precisión rotacional de los rodamientos de rodillos cilíndricos. En la Décima Conferencia CIRP sobre Computación Inteligente en Ingeniería de Manufactura, Nápoles, Italia (2016).

Yu, YJ y cols. Cálculo numérico e investigación experimental de la precisión rotacional de rodamientos de rodillos cilíndricos. Mentón. J. Mech. Ing. 52(15), 65–72 (2016).

Artículo de Google Scholar

Li, JS, Yu, YJ, Xue, YJ Previsión de descentramiento radial del aro exterior en rodamientos de rodillos cilíndricos. En la Décima Conferencia CIRP sobre Computación Inteligente en Ingeniería de Manufactura, Nápoles, Italia (2016).

Liu, YG, Li, JS, Shi, WX y Jia, XZ Un algoritmo para predecir el descentramiento radial de rodamientos de rodillos cilíndricos. Aplica. Mec. Madre. 80–81, 551–555 (2011).

Artículo de Google Scholar

Yu, YJ y cols. Un método para predecir la desviación radial del aro exterior en rodamientos de rodillos cilíndricos. Adv. Mec. Ing. 9(11), 1-14 (2017).

Google Académico

Noguchi, S. & Ono, K. Reducción de NRRO en rodamientos de bolas para motores de husillo HDD. Resumen. Ing. 28(4), 409–418 (2004).

Artículo de Google Scholar

Noguchi, S. y col. La influencia de la ubicación de las bolas y la diferencia de diámetro de las bolas en los rodamientos en el descentramiento no repetitivo (NRRO) de la revolución del retenedor. Resumen. Ing. 29(1), 11-18 (2005).

Artículo de Google Scholar

Noguchi, S. & Hiruma, K. Análisis teórico del NRRO de los componentes de la rotación del retenedor teniendo en cuenta la diferencia de diámetro y la disposición de las bolas en un rodamiento de bolas. Japón. J. Tribol. 48(2), 167-176 (2003).

Google Académico

Noguchi, S. y col. Influencia de los intervalos orbitales desiguales de las bolas sobre el NRRO de la frecuencia de rotación de la jaula en un rodamiento de bolas. Japón. J. Tribol. 50(1), 77–85 (2005).

Google Académico

Noguchi, S. y Tanaka, K. Análisis teórico de un rodamiento de bolas utilizado en motores de husillo HDD para reducir NRRO. Traducción IEEE. Magn. 35(2), 845–850 (1999).

ADS del artículo Google Scholar

Jang, GH, Kim, DK y Han, JH Caracterización de NRRO en un sistema de husillo HDD debido a la excitación de rodamientos de bolas. Traducción IEEE. Magn. 37(2), 815–819 (2001).

ADS del artículo Google Scholar

Liu, J. y col. Precisión de funcionamiento de rodamientos de bolas de contacto angular de precisión de alta velocidad. Universidad J. Xi'an Jiaotong. 45(11), 72–78 (2011).

Google Académico

Tada, S. Análisis tridimensional de descentramiento no repetible (NRRO) en rodamientos de bolas. Ing. KOYO. J. Inglés. Ed. 161E, 31–37 (2002).

Google Académico

Ma, FB et al. Influencias de los rodillos de gran tamaño en el rendimiento mecánico de los rodamientos de rodillos a rótula. J. Dyn multicuerpo. 229(4), 344–356 (2015).

Google Académico

Okamoto, J. & Ohmori, T. Estudio sobre el agotamiento de los rodamientos de bolas: relación entre la falta de redondez de la pista y el lugar geométrico del eje en rotación. Japón. J. Tribol. 46(7), 578–584 (2001).

Google Académico

Wardle, FP Fuerzas de vibración producidas por la ondulación de las superficies de rodadura de rodamientos de bolas cargados por empuje Parte 1: Teoría. Proc. Inst. Mec. Ing. Parte C J. Mech. Ing. Ciencia. 202(5), 305–312 (1988).

Artículo de Google Scholar

Wardle, FP Fuerzas de vibración producidas por la ondulación de las superficies de rodadura de rodamientos de bolas cargados por empuje Parte 2: validación experimental. Proc. Inst. Mec. Ing. Parte C J. Mech. Ing. Ciencia. 202(5), 313–319 (1988).

Artículo de Google Scholar

Ono, K. & Takahasi, K. Análisis teórico de la vibración del eje soportado por un rodamiento de bolas con pequeña ondulación sinusoidal. Traducción IEEE. Magn. 32(3), 1709-1714 (1996).

ADS del artículo Google Scholar

Ono, K. y Okada, Y. Análisis de las vibraciones de los rodamientos de bolas causadas por la ondulación de la pista exterior. J. Vib. Acústico. 120(4), 901–908 (1998).

Artículo de Google Scholar

Talbot, D., Li, S. y Kahraman, A. Predicción de la pérdida de potencia mecánica de rodamientos de rodillos de engranajes planetarios bajo carga combinada radial y de momento. J. Mech. Des. 135(12), 1–11 (2013).

Artículo de Google Scholar

Harsha, SP y Kankar, PK Análisis de estabilidad de un sistema de rodamientos de rotor debido a la ondulación de la superficie y al número de bolas. En t. J. Mech. Ciencia. 46(7), 1057–1081 (2004).

Artículo de Google Scholar

Wang, LQ y cols. Se consideran los comportamientos dinámicos no lineales de un sistema de rodamientos de rodillos de rotor con holguras radiales y ondulaciones. Mentón. J. Aeronauta. 21, 86–96 (2008).

Artículo de Google Scholar

Jang, G. y Jeong, S.-W. Análisis de vibraciones de un sistema giratorio por efecto de la ondulación de los rodamientos de bolas. J. Vibración de sonido. 269(3–5), 709–726 (2004).

ADS del artículo Google Scholar

Xu, L. & Li, Y. Modelado de un rodamiento rígido de bolas con defectos de ondulación en un sistema plano multicuerpo. Sistema multicuerpo. Din. 33(3), 229–258 (2015).

Artículo MathSciNet Google Scholar

Xu, LX y Yang, YH Modelado de una articulación de rodamiento de bolas no ideal con defectos localizados en sistemas planos multicuerpo. Sistema multicuerpo. Din. 35(4), 409–426 (2015).

Artículo MathSciNet Google Scholar

Kankar, PK, Sharma Satish, C. y Harsha, SP Predicción del rendimiento de rodamientos de bolas basada en vibraciones causadas por defectos localizados. Dyn no lineal. 69(3), 847–875 (2012).

Artículo MathSciNet Google Scholar

Shao, Y., Liu, J. & Ye, J. Un nuevo método para modelar un defecto superficial localizado en una simulación dinámica de rodamientos de rodillos cilíndricos. Proc. Inst. Mec. Ing. Parte J J. Ing. Tríbol. 228(2), 140-159 (2014).

Artículo de Google Scholar

Wang, F. y col. Modelado dinámico para análisis de vibraciones de un rodamiento de rodillos cilíndricos debido a defectos localizados en las pistas de rodadura. Proc. Inst. Mec. Ing. Parte K J. Din. multicuerpo. 229(1), 39–64 (2015).

Google Académico

Tong, V.-C. y Hong, S.-W. Características de los rodamientos de rodillos cónicos con error geométrico. En t. J. Precis. Ing. Fabricante. 16(13), 2709–2716 (2015).

Artículo de Google Scholar

Petersen, D. y col. Análisis de variaciones de rigidez de rodamientos, fuerzas de contacto y vibraciones en rodamientos de dos hileras con elementos rodantes cargados radialmente y con defectos en las pistas de rodadura. Mec. Sistema. Proceso de señal. 50–51, 139–160 (2015).

ADS del artículo Google Scholar

Podmasteriev, KV Efecto de los errores en la forma de las pistas de rodadura sobre la probabilidad de microcontactos en los rodamientos. J. Frict. Use 21(5), 16–24 (2000).

Google Académico

Yu, YJ y cols. Método de predicción del descentramiento radial del aro interior en rodamientos de rodillos cilíndricos. Matemáticas. Problema. Ing. 7, 1-13 (2017).

Google Académico

ISO 1132–2—2001. Rodamientos: Tolerancias, Parte 2: Principios y métodos de medición y calibrado, (2001).

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Los autores agradecen al Proyecto Nacional Clave de Investigación y Desarrollo (No. 2018YFB2000501) por el apoyo financiero. Este trabajo también cuenta con el apoyo del Programa Principal de Ciencia y Técnica de la provincia de Henan (Nº 191110213300).

Escuela de Ingeniería Mecatrónica, Universidad de Ciencia y Tecnología de Henan, Luoyang, 471003, China

Yongjian Yu, Jishun Li y Yujun Xue

Laboratorio clave de Henan para el diseño de maquinaria y sistemas de transmisión, Universidad de Ciencia y Tecnología de Henan, Luoyang, 471003, China

Yongjian Yu, Jishun Li y Yujun Xue

Laboratorio estatal clave de rodamientos de precisión para aviación, Luoyang LYC Bearings Co., Ltd, Luoyang, 471039, China

Yujun Xue

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YY escribió el texto principal del manuscrito y JL e YX modificaron la parte de Introducción. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Yongjian Yu.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Yu, Y., Li, J. & Xue, Y. Influencia de los errores de redondez de los componentes de los rodamientos en la precisión de rotación de los rodamientos de rodillos cilíndricos. Informe científico 12, 6794 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-07718-y

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Recibido: 22 de agosto de 2021

Aceptado: 21 de febrero de 2022

Publicado: 26 de abril de 2022

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

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