深沟球轴承 静力学分析实例

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1、深沟球轴承静力学分析一．在CATIA或者UG里面建立轴承三维模型针对滚动轴承运动的特点,在仿真过程中的基本假设如下：（1）由于轴承的倒角和边棱对轴承内部应力分布的影响很小，为了简化网格划分建模时都可以忽略不计，因此实体模型不包括倒角与边棱；（2）不考虑径向游隙和轴向游隙及油膜的影响；（３）由于轴承的塑性变形很小,所以不考虑材料非线性；（４）在进行静力学分析建模的时候，忽略保持架的存在。为减少模型的规模，节省资源，且轴承处于静态时保持架受力不大，其作用仅仅是将滚动体固定，不让它产生滑动，这样在静态分析中不需要建立保持架的实体，可以将滚动体与内外圈接触

2、点连线的节点进行位移约束即可，使得滚动体只能在径向有位移。深沟球轴承参数：内径：60mm；外径：130mm；宽度：31mm；节圆直径：95mm；内圈沟曲率半径：11.3mm；外圈沟曲率半径：11.3mm；钢球直径：22mm；钢球个数：8；弹性模量：2.07e+11Pa；泊松比：0.3；密度：7.8kg/m3；；轴承内部游隙：0mm；套圈保持架游隙：1.5mm；钢球兜孔间隙：1mm。在CATIA里面建立轴承的模型，如下图所示。二．三维模型导入ANSYS三．前处理阶段由于接触是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，而深沟球轴承的计算，主要工作量也是在

3、接触部分。考虑滚动轴承受力的对称性，同时也为了节省大量的计算机资源，取轴承的1/4模型。1.添加单元类型：8节点离散三维实体单元solid185单元。2.添加材料模型:各向同性线弹性材料。3.网格的划分:由于最后的求解结果精度在很大程度上面取决于有限元模型的准确性，而网格划分是有限元模型中非常重要的一个环节，所以划分网格时务必注意网格的均匀性和准确性。轴承的内外圈采用LSIZE定义线长，扫略生成网格，如图所示。外圈网格内圈网格由于滚动体不能直接扫略生成网格，处理方法是：中间的球体通过球心切分为形状大小相同的四份，两边的球体通过球心切分为形状大小相同

4、的两份，采用LSIZE定义线长，再各自映射划分网格，这样能获得比通过自由划分更为均匀的网格。在这里需要注意的是：由于中间的球体通过球心切分为形状大小相同的四份，两边的球体通过球心切分为形状大小相同的两份，因此需要在划分网格之后对球体进行合并压缩节点、单元和关键点，这样可以使得划分网格后的球体的各个部分在相互的接触部分，节点能够粘接重合在一起，球体仍然是一个整体。这样，球体的网格划分图形如下图所示。四分之一滚动体为了节省资源和提高计算精度，也可以同时采用接触部位细化网格的方法。有限元划分完网格模型如图所示，共有个75542单元，87640个节点。滚动

5、体四分之一轴承网格划分模型4.创建接触对：采用面面接触方式，滚动体当作刚性目标面，作为target170单元，内外圈当作柔性接触面，作为contact174单元。滚子与内圈接触对外圈与滚子的接触对5.施加约束及载荷：（1）为了模拟轴承的影响，把轴承的外圈全约束；（2）轴承内套圈通常安装于刚性很大的实心轴上，在静力分析的实际工况中，其他位移自由度被约束，也就是说只允许内在载荷方向上移动。（３）耦合轴承内圈内表面所有节点y向和z向的平动自由度使之一起联动，各节点在这两个方向的自由度相同而不发生局部变形；（４）对称面上采用对称约束，并且耦合其上所有的节点

6、，使其有相同的位移；（５）将滚动体与内外圈接触点连线的节点进行位移约束即可，使得滚动体只能在径向有位移。（６）在内圈施加单点集中载荷，大小为3.125KN；（７）设置法向接触刚度为1，摩擦系数为0.2，采用拉格朗日乘子法进行求解。四．求解及后处理轴承位移变形图轴承应力分布图内圈应力分布图外圈所受应力分布图从应力等值线图来看，轴承内外圈径向应力的最大值不是发生在接触面上，而是在接触面下的某个部位；最大接触应力首先导致接触表面下某处裂纹的产生，然后扩展至表面，形成滚动轴承的表面剥落现象，这些结果对理解滚动轴承接触疲劳剥落分析很有帮助。滚子应力分布图从轴

7、承的位移图以及滚子应力分布图形可以看出，在受纯径向力作用下，边缘的滚动体受力最大，径向的正上方滚子受力最小，但是位移最大。