Simulación de un rodamiento de bolas en un mecanismo considerando efectos de impacto y fricción

Abstract

Este trabajo estudia los impactos que se producen en un rodamiento de bolas, el cual forma parte de un mecanismo. Debido al movimiento del sistema y a la existencia de huelgos entre componentes, se generan tensiones y deformaciones que varían en el tiempo. Las tensiones y deformaciones se calculan mediante la detección de los saltos de velocidad inducidos por los impactos entre las bolas y las pistas en el marco de la dinámica de impacto no suave. Con el fin de resolver las ecuaciones de movimiento, se utiliza el esquema de integración temporal α–generalizado no suave. Además, para regularizar el problema de contacto, se emplea una formulación dual mixta basada en un método tipo Lagrangiano aumentado. Con el objetivo de demostrar la eficiencia y la robustez de la metodología propuesta, se presenta un ejemplo numérico de un mecanismo biela manivela con un rodamiento en uno de sus extremos. Los resultados numéricos obtenidos evidencian que la metodología es efectiva y adecuada para ser empleada en otras aplicaciones prácticas, como cajas de engranajes, turbinas eólicas y motores, entre otras.

This work studies the impacts that occur in a ball bearing which is part of a mechanism. Due to the system’s motion and the existence of clearances between components, varying stresses and deformations are generated over time. The stresses and deformations are calculated by detecting velocity jumps induced by impacts between the balls and the raceways within the context of nonsmooth impact dynamics. To solve the equations of motion, the α–generalized nonsmooth temporal integration scheme is used. Furthermore, to regularize the contact problem, a dual-mixed formulation based on an augmented Lagrangian method is employed. In order to demonstrate the efficiency and robustness of the proposed methodology, a numerical example of a crank-slider mechanism with a ball bearing is presented. The numerical results obtained show that the methodology is effective and suitable for various practical applications, such as gearboxes, wind turbines and engines, among others.