Cálculo de la fuerza de contacto en rodamientos de bolas sujetos a impactos de alta frecuencia en el marco de la dinámica estructural no suave

Abstract

Este trabajo presenta la aplicación del modelo de cálculo de fuerza de contacto propuesto por los autores (E. Sánchez et al, Mecánica Computacional Vol XL, 823-832, 2023), a rodamientos de bolas que experimentan impactos de alta frecuencia entre sus componentes. Para resolver las ecuaciones de movimiento se emplea el esquema de integración temporal α-generalizado no suave. Asimismo, para regularizar el problema de contacto, se utiliza una formulación dual mixta basada en un método tipo Lagrangiano aumentado. La eficiencia computacional de los algoritmos implementados se evalúa a través de simulaciones numéricas de un rodamiento de bolas que tiene un huelgo entre las bolas y las pistas, lo que genera impactos de alta frecuencia en diversas direcciones. Luego, se propone un mecanismo del tipo biela-manivela compuesto por elementos rígidos y flexibles, donde en la unión entre la biela y la manivela se encuentra un rodamiento. Los resultados numéricos obtenidos muestran cómo las vibraciones originadas en el rodamiento condicionan el funcionamiento del mecanismo.

This paper presents the application of the contact force calculation model proposed by the authors (E. Sánchez et al., Computational Mechanics Vol XL, 823-832, 2023) to ball bearings that experience high-frequency impacts between their components. To solve the equations of motion, the nonsmooth generalized-α time integration scheme is used. Additionally, to regularize the contact problem, a dual mixed formulation based on an augmented Lagrangian method is employed. The computational efficiency of the implemented algorithms is evaluated through numerical simulations of a ball bearing that has a clearance between the balls and the races, causing high-frequency impacts in various directions. Then, a crank-rod mechanism composed of rigid and flexible elements is proposed, where the link between the rod and the crank includes a ball-bearing. The numerical results obtained show how the vibrations comming from the ball-bearing affect the operation of the mechanism.