The FZG test rig used in gearbox simulation.

Новое поколение методик моделирования

SKF представляет новые методики моделирования, которые позволяют использовать программное обеспечение не только для расчётов, но и для анализа конструкции. Эта разработка облегчает инженерам SKF проведение анализа и поиск решений конкретных прикладных задач клиентов.

Авторы:
Йи Луо, Исследователь, Научно-исследовательский центр SKF, Ньювегейн, Нидерланды
Бенни Уэмекамп, Исследователь, Научно-исследовательский центр SKF, Ньювегейн, Нидерланды

Другие отрасли Другое Исследования и теория

РЕЗЮМЕ

SKF представляет новое поколение средств моделирования компонентов и подшипниковых систем. Эти мощные и простые в использовании инструменты были разработаны для того, чтобы помочь инженерам SKF в проведении более детального анализа в различных отраслях, который позволит решить поставленные задачи и предоставить клиентам оптимальные решения.

SKF обладает обширным опы-том в области моделирования и непрерывно ведёт работы по совершенствованию применяемых средств и методик. Расширяются функциональные возможности для моделирования всех основных компонентов: подшипников, валов, уплотнений, редукторов и корпусов – в качестве единой системы и в условиях, приближенных к реальным. Сегодня SKF широко применяет средства моделирования в прикладных инженерных работах для изучения областей применения и конкретных условий эксплуатации оборудования.

Новейшие разработки в сфере моделирования направлены на решение наиболее актуальных задач, в частности, обусловленных изменением предпочтений и требований клиентов.

Одной из главных задач является оценка сразу нескольких вариантов конструкции для конкретной области применения. Это усложняет задачу моделирования. Например, при разработке подшипниковой системы для ветряной турбины, SKF было создано множество вариантов конструкции, после чего было выбрано всего несколько вариантов для рассмотрения клиентом. С использованием новых методик расчёта и моделирования, реализованных в инструментах SKF, можно проводить моделирование процессов работы подшипниковых систем множество раз, пока не будет найдено решение, наилучшим образом отвечающее требованиям той или иной области применения.

Вторая задача заключается в решении проблемы прочности и надёжности разрабатываемого решения. Речь идёт о необходимости понять, как подшипники и другие компоненты ведут себя в реальных условиях, что может значительно отличаться от расчётных. Если несколько переменных имеют широкий диапазон значений ввиду сложности их контроля, как это повлияет на работу подшипника? Чтобы убедиться в стабильности работы подшипника, установленного в оборудовании клиента, важно знать, какие именно условия эксплуатации необходимо контролировать, не допуская их изменения.

Третья задача относится к одновременному рассмотрению более чем одной переменной. И хотя достаточно распространённым является моделирование множества факторов в качестве переменных, сложность анализа заключается в одновременном совокупном воздействии данных факторов. Имея одну-единственную переменную, инженеры могут с лёгкостью провести несколько экспериментов, а затем легко построить кривую зависимостей. Однако если необходимо провести анализ трёх или четырёх факторов, возникают две основные трудности. Одна трудность заключается в создании моделей, вторая – в анализе результатов расчётов или, по меньшей мере, их отображении. Одним из решений является поочередное моделирование каждого параметра при сохранении остальных неизменными. Таким образом инженеры могут получить информацию о функционировании системы в определённых условиях эксплуатации. Однако им сложно составить общую картину функционирования системы при совокупном воздействии всех этих факторов.

Преимущества новых методик
Новейшее поколение инструментов моделирования SKF разрабатывалось с учётом последних тенденций и призвано упростить работу инженеров, в частности, благодаря возможности изменения парамет­ров при моделировании.

Важной особенностью новых средств моделирования компании SKF является интеграция возможностей анализа конструкции по методологии «6 Sigma». Эта методология успешно применяется в производстве с целью выявления и устранения причин дефектов, а также используется для повышения качества продукции и уровня удовлетворённости клиентов. В основе этой методологии лежат инструменты, позволяющие решать множество инженерных задач, таких как проектирование, анализ прочности и надёжности системы, а также оптимизация результатов. Данные инструменты одинаково важны как при проектировании, так и при моделировании процессов.

Инструменты моделирования компании SKF позволяют использовать данную методологию благодаря наглядному и простому интерактивному графическому пользовательскому интерфейсу. Все сложности, связанные с расчётами и особенностями методологии «6 Sigma», скрыты за графическим интерфейсом. Кроме того, новые программные инструменты обеспечивают более наглядное представление результатов.

Интеграция методологии «6 Sigma» облегчает жизнь как инженерам SKF, так и нашим клиентам. Большее количество специалистов получают возможность выполнять сложный анализ, который прежде мог проводить только персонал, обладающий специальными знаниями и опытом.

Также клиенты имеют возможность вместо проведения одного анализа рассчитать несколько вариантов конструкции. Ещё одно преимущество интеграции методологии «6 Sigma» заключается в отсутствии необходимости использовать различные инструменты для проектирования, построения моделей и проведения анализа. В новом программном обеспечении все они интегрированы в единую программную среду с понятным и простым интерактивным графическим интерфейсом.

Преимущества для различных областей применения
При разработке промышленного редуктора для одного из клиентов ставилась цель улучшить общую производительность системы посредством контроля рабочей температуры. Помимо программного обеспечения для моделирования разрабатывались также опытные образцы. Испытания проводились на испытательном стенде FZG, который состоял из двух одноступенчатых зубчатых редукторов (рис. 1), на которых были установлены радиальные шарикоподшипники. В этой установке изменение температуры наружных колец подшипников использовалось для оценки общего роста температуры (рис. 2).

Было выявлено четыре фактора, позволяющих контролировать температуру наружного кольца (см. таблицу 1): излучение, скорость движения воздушной массы и реологичес­кий параметр системы. Также проводилось моделирование данных параметров для изучения влияния на температуру наружного кольца. На рис. 3 показана стартовая точка испытаний при заданных начальных параметрах для данной области применения. Четыре фактора отображены на рисунке в виде параллельных систем координат. После проведения 100 экспериментов с различными исходными данными (рис. 4) температура наружного кольца изменялась в широком диапазоне. Одним из преимуществ нового программного обеспечения является простота проведения большого количества имитационных экспериментов. С помощью интуитивного управления можно задать диапазон необходимых значений, провести фильтрацию и анализ воздействия каждого параметра.

Рассчитанное оптимальное решение показано на рис. 5. Оно было получено на основе анализа результатов и проведения серии новых экспериментов по моделированию.

При последующем моделировании с контролем параметра скорости движения окружающей воздушной массы очевидны преимущества пониженной температуры наружного кольца (рис. 6). Как подтверждает проведённый анализ, контроль скорости движения воздушной массы оказался наиболее эффективным решением для снижения температуры наружного кольца подшипника промышленного редуктора. В соответствии с результатами проведенного моделирования, температура наружного кольца подшипника понизится с 74–81 до 69–75 °C.

Преимущества для клиента заключаются в том, что простая установка вентилятора позволяет добиться значительных преимуществ при эксплуатации. Это говорит о том, что клиенты SKF могут получить значительные преимущества благодаря использованию современных методов моделирования и программного обеспечения. Ожидается увеличение спроса на решения по анализу воздействия основных факторов на технические характеристики и срок службы оборудования. В свою очередь, SKF демонстрирует, что обладает как инструментами, так и знаниями для того, чтобы выполнять подобный анализ и предлагать решения по модернизации оборудования.

Материалы по теме