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1、总第160期直升机技术TotalNo.1602009年第4期HELICOPTERTECHNIQUENo.42009文章编号:167321220(2009)042010205基于ANSYS的弹性轴承设计方法121覃海鹰,刘晓宁,王丁伟(1.中国直升机设计研究所,景德镇,333001;2.北京理工大学,北京,100081)摘要以ANSYS为基础,选取合适的橡胶本构模型,通过对材料数据的拟合获得橡胶本构模型参数。建立弹性轴承参数化有限元分析模型,并通过对不同参数的弹性轴承的刚度特性及胶层的应力进行计算分析,完成弹性轴承设计参数优选。关键词弹性轴承;有限元;刚度
2、;应力中图分类号:V224;O241182文献标识码:ATheDesignMethodofSphericThrustBearingBasedonANSYS121QINHaiying,LIUXiaoning,WANDingwei(11ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute,Jingdezhen,333001;2.BeijingInstituteofTechnology,Beijing,100081)AbstractSelectinganappropriaterubberconstitutionalmod
3、elandfittingmaterialdata,wecangetparametersforrubberconstitutionalmodel.First,weshouldconstructparameterizedfiniteelementanalysismodelforsphericthrustbearing,andthencomputeandanalyzetherubberlayersstressandstiffnesscharacteristicsofasphericthrustbearingwithdifferentparameters,sow
4、ecanobtainthebestchoiceforsphericthrustbearingdesign.Keywordssphericthrustbearing;finiteelement;stiffness;stress层中的橡胶的剪切变形实现。弹性轴承轴向压缩刚1前言度越大,承载能力越强;弯曲刚度和扭转刚度越大,球面推力弹性轴承(下称弹性轴承)是星型柔操纵载荷越大。从设计的角度,希望轴向压缩刚度性桨毂和球柔性桨毂的核心弹性元件,它取代了传大一些,而弯曲刚度和扭转刚度小一些。但根据弹统铰接式桨毂的挥舞铰、摆振铰和变距铰,从而大大性轴承的特点,要增大轴
5、向压缩刚度,必须增大胶层简化了桨毂结构,降低了桨毂制造成本,提高了桨毂的形状系数,也就是在相同外形尺寸的条件下减小的使用寿命,使桨毂的维护十分简便。弹性轴承除胶层的厚度,这就必然导致弯曲刚度和扭转刚度的了要承受桨叶旋转所产生的巨大离心力外,还要实增大,同时增大了硫化工艺的难度。现桨叶的挥舞、摆振和变距运动,起到球轴承的作弹性轴承的设计需要综合考虑多个因素的影用。响,并对多个相互矛盾的技术要求进行合理匹配,使弹性轴承的关键部分是由金属隔片和橡胶复合得由金属隔片和橡胶层复合而成的弹性体叠层既满而成的弹性体叠层,弹性轴承承受的所有载荷均要足刚度特性要求,又尽量
6、降低胶层的应力水平,提高通过弹性体传递,承受的所有变形均通过弹性体叠胶层的疲劳寿命。收稿日期:20092092292009年第4期覃海鹰,刘晓宁,王丁伟:基于ANSYS的弹性轴承设计方法·11·部分采用全六面体3D实体单元划分,采用混合U-2橡胶材料本构描述P算法处理材料的不可压特性,采用单点积分算法橡胶材料是一种较为特殊的材料,首先,橡胶可+沙漏(Hourglass)控制来提高计算效率和增强单以承受很大的变形而不致破坏,可以达到100%以元对大变形的健壮程度。对于隔离橡胶层的钢片结上的变形;其次,橡胶是纯弹性的材料,虽然承受了构,采用‘实体壳’单元。较
7、大的变形,但卸载之后可以完全恢复最初的状态;假定层间的粘接为共节点的理想结合。轴承的另外,橡胶属于不可压材料,对于任何大小的变形状大小两端主要是提供刚性支撑,在实际计算中采用态来说橡胶结构的总体积保持不变。刚体处理,延伸的形状和大小主要从便于施加载荷对于橡胶的数学描述必须满足几个条件:首先的角度考虑。本构方程必须是大变形的;其次必须保证能量传递为了实现对不同几何特征参数的弹性轴承的优与路径无关。因此对于橡胶材料本构模型通常采用选,根据模型的几何特点,利用ANSYSAPDL语言[1]应力势函数的方式来定义:对如上有限元模型建立过程实现了参数化,以便在S=9
8、W(1)仅输入弹性轴承的必要几何特征参数的基础上能够9E迅速自动生成新的有限元模
