設計仿真 | Romax助力NBC研發更高效率的輪轂軸承

作為可靠性和靈活性的工程解決方案的標志,NBC軸承是印度國家級的工程工業品牌。國家工程工業有限公司(NEI)成立于 1946年,是印度領先的軸承制造商和出口商,以卓越的產品質量和服務而聞名。

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NEI公司的總部位于齋浦爾,隸屬于市值24億美元的CK Birla集團。自1946年開始生產19個型號的30000多個軸承以來,NEI現已發展至年產量2億多個軸承,覆蓋2300多個品種,為印度及五大洲的汽車、鐵路和工業領域的其它30多個國家的大量客戶提供優質服務。此外,NEI還通過全國550 個授權經銷商網絡為印度客戶提供后市場服務。

NEI在印度擁有超過2800名員工和5家制造工廠,配備了全球領先的制造和工藝技術,是印度最好的研發中心之一。

NEI與ConMet等知名輪轂制造商長期合作,并為全球范圍內為商用車主機廠及一級供應商提供各種輪轂軸承單元,其最受歡迎的產品之一就是輪轂軸承單元。

由于地形、運行環境和車輛載荷的多樣性,輪轂軸承在運行過程中承受著非常復雜的載荷工況。如何維持輪轂軸承內部的良好工作機制,以更精確地預測軸承使用壽命變得更加重要。

為了解決這個難題,可以將輪轂軸承的工程分析拆分為以下幾個關鍵步驟。


步驟1:軸承性能分析

? 在Romax Spin中建立系統模型,模擬系統運行條件

? 定義工況及載荷譜

? 綜合考慮復雜的系統交互行為-軸變形、錯位量等

以上步驟可確定軸承的性能范圍,并有助于可視化一些參數變量。

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步驟2:確定最佳運行工況

在這一步中,將確定最佳的運行場景,以及各項性能的邊界。


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步驟3:確定控制參數

輪轂單元的獨特之處在于其運行時部件之間保持著預緊載荷。安裝配合產生的內部變形將會消耗一部分內部游隙,從而得到所需的預緊載荷,而不是通過調整軸承套圈之間的相對軸向位移來實現。

因此,在輪轂單元的設計中控制軸承內部游隙是關鍵的一步。設計仿真 | Romax助力NBC研發更高效率的輪轂軸承的圖6


步驟4:控制參數的DOE分析

這是整個設計分析流程中最關鍵的一步。為了理解這些參數的統計學影響,我們對它們進行了批量化的參數研究,這可以考慮零件制造公差對軸承性能的影響。

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這一步需要大量的迭代計算,以前通常是使用內部方法或其它軟件。Romax Spin中的DOE參數優化工具極大地提升了迭代計算的精度和效率,它不僅可以大幅縮短分析的時間,同時也幫助工程師更加便捷地展示和分析數據,制定更加現實的工程決策。

——Anirudh Kaushik

全球汽車行業工程應用經理


通過大量的DOE計算結果,工程師可以分析并制定滿足游隙要求所需要的各項制造偏差的極限范圍。

DOE模塊提供了一系列的技術優勢:

1.在短時間內完成大量的迭代計算

2.實現關鍵性能參數的可視化

3.使工程決策更具魯棒性


對于輪轂軸承,燃油效率是一項關鍵的性能衡量標準。由于環境法規和監管政策對于能源效率的要求不斷提高,所有的軸承制造商都在努力提高效率,減少滾動組件內部的功率損失。NEI新研發的低摩擦輪轂軸承系列已考慮所有需要改進的參數,以滿足客戶對于效率的需求。

在以軸向游隙為目標凍結軸承微觀幾何的同時,我們也會優化法蘭的錐面接觸。合適的錐面接觸點位置不僅可以保持較高的軸向承載能力(同時管理轉向負載),對于優化軸承的功率損失也至關重要。

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同樣,優化這個設計參數是一個高度迭代的過程。使用Romax Spin及其DOE模塊,工程師可以通過自動化功能研究軸承微觀幾何參數對于應力及接觸行為的影響,從而方便確定“甜區”。如下圖所示,多變量分析以及3D可視化工具幫助工程師在最終確定軸承參數時進行更完善的工程決策。

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接觸高度是關鍵參數之一。不恰當的接觸高度會導致接觸橢圓截斷,從而引起較高的接觸應力,這會極大地降低軸承的承載能力。這種現象如下圖所示:

在接觸及其它關鍵的微觀幾何參數優化完成后,一種高效節能的軸承設計方案就產生了。

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當設計方案定型并具有可視化數據后,工程師就需要對實際軸承的性能進行驗證分析。此時,使用Romax Energy對產品設計和實際軸承進行對比驗證。如下圖所示,NEI低摩擦軸承的摩擦力矩降低了17%,這與Romax Energy中通過功能損失計算設定的目標非常接近。

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通過各種Romax軟件和嚴格的測試程序得到完整的軸承分析結果,可以使公司能夠公正地滿足客戶的需求,并在輪轂軸承領域占據有利的競爭地位。


Romax Spin中的高級軸承模塊通過調整內部設計參數幫助我們優化摩擦損失。

——Anirudh Kaushik

全球汽車行業工程應用經理





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