On the methodology of choosing rational shape of bearing rollers based on their fatigue durability criterion | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2025. № 93. DOI: 10.17223/19988621/93/7

On the methodology of choosing rational shape of bearing rollers based on their fatigue durability criterion

This paper proposes a methodology for the rationalization of the shape of a bearing roller profile based on the fatigue durability criterion. Here, the durability criteria are presented as the von Mises stresses and contact pressures, which are determined by the numerical modeling of the contact interaction between the roller and the inner ring of the bearing based on the finite element method. The proposed methodology implies a uniform search of the design parameters of rollers in the region, where the generatrixes represent the fragments of a power function with a negative integer index of power. The analysis results show that the use of power functions as a profile line provides a uniform distribution of contact pressures along the roller length and minimizes the von Mises stresses. The stress-strain state under roller skew is also studied. The results show that the use of the considered profiles provides a sufficiently uniform stress distribution. Thus, the proposed rationalization method is universal for rationalizing the shape of contacting bodies under various conditions and can significantly simplify the choice of the shape of bearing unit elements.

Download file
Counter downloads: 3

Keywords

bearing durability, rolling element profile, logarithmic profile, power-law profile

Authors

NameOrganizationE-mail
Gordeev Konstantin A.Irkutsk National Research Technical Universitykonstantin.gordeev.1999@mail.ru
Tsvik Lev B.Irkutsk National Research Technical Universitytsvik_l@mail.ru
Всего: 2

References

ISO 16281:2008. Rolling bearings. Methods for calculating the modified reference rating life for universally loaded bearings. 2008.
Иванников В.В., Дегтярев С.А., Леонтьев М.К. Расчеты на долговечность с учетом сложного нагружения роликоподшипника и распределения усилий по телам качения // Климовские чтения - 2018: перспективные направления развития авиадвигателестроения: сб. докл. междунар. науч.-техн. конф., СПб., 2018. СПб: Скифия-принт, 2018. С. 168-177.
Привалихин Р.С. Напряженное состояние в зоне контакта двух цилиндрических тел конечной длины // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13, № 1-3. С. 599-603.
ЦВТ-22. Классификатор дефектов и повреждений подшипников качения / ОАО "РЖД". 2007. URL: https://rcit.su/techinfo66.html.
3-ЦВРК. Инструктивные указания по эксплуатации и ремонту вагонных букс с ролико выми подшипниками / Министерство путей сообщения РФ. 1998. URL: https://rcit.su/techinfo52.html.
Попова Д.Д., Самойленко Н.А., Семенов С.В., Шистеров В.А. Анализ эффективности применения бомбинированных роликов для снижения контактных напряжений в роликоподшипнике // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2020. № 60. С. 96-104.
Клебанов Я.М., Петров В.Р., Адеянов И.Е. Решение задачи контактного взаимодействия кольца роликового подшипника и ролика на основе уравнения Буссинеску // Фундаментальные основы механики. 2019. № 4. С. 93-100.
Lundberg G. Elastic contact between two semi-infinite bodies // Forschung auf den Gebiete des Ingenieurwesen. 1939. V. 10 (5). P. 201-211.
Johns P.M., Gohar R. Roller bearings under radial and eccentric loads // Tribology Interna tional. 1981. V. 14 (3). P. 131-136.
Krzeminski-Freda H., Warda B. Correction of the roller generators in spherical roller bearings // Wear. 1996. V. 192. P. 29-39.
Warda B., Chudzik A. Effect of ring misalignment on the fatigue life of the radial cylindrical roller bearing // International Journal of Mechanical Sciences. 2016. V. 111-112. P. 1-11.
Kamamoto S., Fujimoto K., Yamamoto T. Research on crowning profile to obtain the maximum load carrying capacity for roller bearings // KOYO Engineering Journal. 2001. V. 159E. P. 47-52.
Fujiwara H., Kawase T. Logarithmic Profile of Rollers in Roller Bearing and Optimization of the Profile // Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers Series. 2006. Р. 3022-3029.
Bazaraa M.S., Sherall H.D., Shetty C.M., Nonlinear Programming, New York: John Wiley and Sons, 2006. 853 p.
Fujiwara H., Kobayashi T., Kawase T., Yamauchi K. Optimized Logarithmic Roller Crowning Design of Cylindrical Roller Bearings and Its Experimental Demonstration // Tribology Transactions. 2010. V. 53. P. 909-916.
Harris T.A. Rolling Bearing Analysis. New York: John Wiley and Sons, 1966. 760 p.
Клебанов Я.М., Петров В.Р., Адеянов И.Е. Численное исследование влияния профиля ролика и перекоса колец на нормальное давление в области контакта ролика с дорожками качения цилиндрического роликового подшипника // Инженерный журнал: наука и инновации. 2019. № 10 (94). С. 1-18.
Shuting Li. Strength analysis of the roller bearing with a crowning and misalignment error // Engineering Failure Analysis. 2021. V. 123. P. 1-15.
Гончаров В.А. Методы оптимизации: учеб. пособие для вузов. М.: Юрайт, 2024. 191 с.
Цвик Л.Б., Зеньков Е.В., Запольский Д.В., Еремеев В.К. Проектирование профиля железнодорожных колес методом равномерного поиска в пространстве радиусов галтельных переходов // Транспорт Урала. 2015. № 3 (46). C. 67-70.
Биргер И.А. и др. Прочность, устойчивость, колебания: справочник: в 3 т. М.: Машиностроение, 1968. Т. 2. 465 с.
ГОСТ 18572-2014. Подшипники буксовые роликовые цилиндрические железнодорожного подвижного состава. Введ. 01.07.2015. М.: Стандартинформ, 2015. 79 с.
ГОСТ 22696-2013. Подшипники качения. Ролики цилиндрические. Технические условия. Введ. 01.06.2015. М.: Стандартинформ, 2015. 33 с.
Лукин В.В., Шадур Л.А., Котуранов В.Н. Конструирование и расчет вагонов: учеб. пособие. М.: УМК МПС, 2000. 731 с.
Ефремова И.А., Павлюков А.Э. Исследование изменения нагрузки на ролики в подшипнике железнодорожного вагона с использованием численных методов // Новые материала: и технологии в машиностроении. 2004. № 3. С. 27-31.
Цвик Л.Б., Тармаев А.А., Бочаров И.С. Гладкость контуров тел качения подшипников с цилиндрическими роликами и ресурс их циклической работы // Транспорт Урала. 2019. № 3 (62). С. 20-27.
Бутко А.О., Прудников В.А., Цырков Г.А. Основы моделирования в САПР NX: учеб. пособие. 2-е изд. М.: ИНФРА-М, 2018. 199 с.
Рычков С.П. Моделирование конструкций в среде Femap with NX Nastran: практ. руководство. 2-е изд. М.: ДМК Пресс, 2023. 785 с.
Запольский Д.В., Цвик Л.Б., Зеньков Е.В. Еремеев В.К. Сравнительный анализ деформирования дисковой части цельнокатаных железнодорожных колес различного конструктивного оформления // Вестник ВНИИЖТ. 2013. № 5. С. 29-36.
Цвик Л.Б., Зеньков Е.В., Бочаров И.С. Вычислительная механика деформирования деталей вагонов. Иркутск: Иркут. гос. ун-т путей сообщения, 2020. 164 с.
Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости: пер. с англ. / под ред. Г.С. Шапиро. 2-е изд. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979. 560 с.
Беляев Н.М. Местные напряжения при сжатии упругих тел // Инженерные сооружения и строительная механика. Л.: Путь, 1924. С. 27-108.
 On the methodology of choosing rational shape of bearing rollers based on their fatigue durability criterion | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2025. № 93. DOI: 10.17223/19988621/93/7

On the methodology of choosing rational shape of bearing rollers based on their fatigue durability criterion | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2025. № 93. DOI: 10.17223/19988621/93/7

Download full-text version
Counter downloads: 71