轴承座有限元法分析与建模

基于ANSYS的轴承座的有限元分析摘要：本文利用ANSYS14.0对轴承座的强度进行有限元分析。

通过三维实体建模，设置单元类型，设置材料参数，网格划分控制，施加载荷约束建立轴承座的有限元模型，然后对轴承座进行求解，得出应力，位移分布图和变形图，继而对其进行强度分析，找出结构最易破坏的地方。

最后的计算结果表明该轴承座符合强度设计要求。

关键词：有限元分析、轴承座1.引言轴承座可以为轴提供支撑，并且承受轴传递的各种载荷。

一个可靠的轴承座对于减轻轴的偏心振动，保证设备的正常性能具有重要作用。

但由于轴承座形状复杂，传统的解析法无法较为精确地计算其性能。

所以使用有限元分析软件ANSYS，对汽车上的某轴承座的承载特性进行有限元分析。

2.建立有限元模型该轴承座采用普通碳钢Q235，弹性模量E=2.01E11，泊松比u=0.3。

沉孔上受到径向推力为1000psi（6.89MPa)，安装安装轴瓦的下表面受到向下作用力5000psi（34.45MPa)。

Q235的屈服极限为34808psi（240MPa)。

2.1在ANSYS14.0中建立三维实体模型在ANSYS中建立实体模型时，主要有自底向上和自顶向下两种方法。

根据该轴承的结构特点，采用自顶向下的建模方法，并且综合运用工作平面的平移、旋转，布尔运算，镜像等方法生成轴承座的实体模型。

模型的创建过程大致分为以下三步。

第一步进行基座的创建，如图1所示。

图1 轴承座基座第二步进行支撑部分的创建，如图2所示。

图2 轴承座支撑部分第三步进行肋板的创建，并且通过镜像完成轴承座三维实体的创建，见图3。

图3 轴承座三维模型2.2网格划分2.2.1设置单元类型在有限元分析过程中，对于不同的问题，需要应用不同的特性单元，所以选择合适的单元对于有限元分析非常重要。

在此我们选择Solid187单元，它是三维10节点四面体结构实体单元，每个四面体边的中点也是节点，其中每个节点具有3个自由度，具有空间的任意方向。

轧机工作辊轴承座设计有限元分析王宏岩①　甘伟　王哲　李涛　张栓（武钢日铁（武汉）镀锡板有限公司　湖北武汉４０００８３）摘　要　分析轧机工作辊轴承座在工作过程中与弯辊液压缸Ｔ型连杆接口端部以及轴承座承受弯辊力最薄壁厚处的应力分布及变形。

利用三维软件对分析对象进行三维建模，并运用通用有限元软件建立了有限元模型，分析了弯辊液压缸Ｔ型连杆接口部、轴承座钢板壁厚对轴承座受力变形的影响。

为轧机工作辊轴承座设计提供了理论依据。

关键词　有限元　轧机　轴承座　变形中图法分类号　ＴＧ３３３．１７ 文献标识码　ＢＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０６ ０２１ＦＥＭＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＷｏｒｋＲｏｌｌＣｈｏｃｋｏｆＣｏｌｄＭｉｌｌＷａｎｇＨｏｎｇｙａｎ　ＧａｎＷｅｉ　ＷａｎｇＺｈｅ　ＬｉＴａｏ　ＺｈａｎｇＳｈｕａｎ（ＷＩＳＣＯ ＮＩＰＰＯＮＳＴＥＥＬＴｉｎｐｌａｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４０００８３）ＡＢＳＴＲＡＣＴ　ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｗｏｒｋｒｏｌｌｃｈｏｃｋｓａｎｄｔｈｅＴ ｓｈａｐｅｄｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｏｆｔｈｅｒｏｌｌｂｅｎｄｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｔｈｅｔｈｉｎｎｅｓｔｐａｒｔｏｆｔｈｅｗｏｒｋｒｏｌｌｃｈｏｃｋｓｔｈｅｒｏｌｌｂｅｎｄｉｎｇｆｏｒｃｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｔｈｅｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｂｊｅｃｔ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅＴ ｓｈａｐｅｄｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｒｏｌｌｂｅｎｄｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｔｈｅｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｗａｌｌｔｈｉｃｋＮｅｓｓｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｓｅａｔｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｓｅａｔ，Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｗｏｒｋｒｏｌｌｂｅａｒｉｎｇｓｅａｔｏｆｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ　Ｃｏｌｄｍｉｌｌ　Ｗｏｒｋｒｏｌｌｃｈｏｃｋ　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ１　前言随着冷轧带钢加工业的迅速发展，对成品带材的板形和尺寸的精确控制要求变得越来越高。

练习：轴承座 (3-D实体结构)有限元分析1．启动ANSYS(1)Utility Menu→File→Change Directory…改变工作目录(2) Utility Menu→File→Change Jobname…定义文件名(3) Utility Menu→File→Change Title…定义分析标题2．定义分析类型GUI：Main Menu→Preferences，在对话框中选择分析类型为Structural，程序分析方法为h-Method.3．定义单元类型：定义10-节点四面体实体结构单元(SOLID92)Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add，在弹出的对话框中左边选择Structural Solid ，右边框选择Tet 10 Node 92→OK4. 定义材料特性Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models，Structural→Linear→Elastic→Isotropic。

输入弹性模量EX=3e7，泊松比PRXY=0.3，OK。

5．创建几何模型该模型是左右对称结构，只需创建对称部分。

整体坐标原点设在对称面与基座底面的后交点处。

(1)创建底座Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Volumes →Block→By 2 Corners & Z 在弹出的对话框中分别输入：WPX,WPY,Width,Height,Depth（0,0,3,1,3）→OK。

即第一个角点在局部坐标系中的坐标值及体的宽度和高度（即第二个角点的坐标）；Depth（3）为体的高度，沿WZ坐标轴。

取正值时图形沿局部坐标正向，取负值时图形沿局部坐标负方向绘出。

Utility Menu→PlotCtrls→ Pan,Zoom,Rotate→Iso绘正等侧视图。

任务书订由学院存档。

开题报告3. 在ANSYS 仿真软件中对轴承座的结构进行有限元分析。

4. 在轴承座在原有结构上进行优化，再次利用ANSYS 仿真软件轴承座新的结构进行有限元分析。

5. 比较俩次分析的结果，得出较佳的结构。

6. 撰写毕业论文一份。

四、研究方案及步骤经分析，本课题的设计可分为以下阶段：第一阶段：1)查阅相关资料，记录所需的信息，确定可行性方案。

2)理清研究思路，确定轴承座型号以及其在机械设备中的作用。

第二阶段：1)在creo2.0 中对轴承座UCF205 进行建模2)根据原有设计对方形轴承座进行有限元分析，得出分析结构。

3)确定对轴承座的优化方案。

第三阶段：1)使用ANSYS 软件对优化后的结构进行有限元分析。

2)最后根据分析结果，得出较佳的结构。

五、论文提纲第1 章绪论1.1 研究的目的及意义1.2 国内外轴承行业发展现状1.3 轴承座的功能和结构、以及在机械设备中的作用第2 章有限元单元法与ANSYS 简介2.1 有限单元法2.2 国内外ANSYS 软件的发展现状2.3 ANSYS 仿真软件的使用第3章建立实体模型3.1 creo2.0 简介3.2 实体模型的建立3.3 网格划分3.3.1 制定工作文件名和标题名3.3.2 单元类型选择3.3.3 制定材料属性3.3.4 进行扫掠网格划分第4 章 ANSYS 有限元分析4.1 ANSYS 有限元分析典型步骤4.2 有限元模型的建立4.3 加载和求解4.3.1 定义分析类型和设置分析选项4.3.2 施加载荷4.3.3 设置载荷步选项4.3.4 求解4.4 轴承座结构优化4.5 对优化后的结构进行有限元分析第5 章结果分析与比较第6 章结论与展望第7 章总结参考文献致谢附件六、论文（设计）工作量的估计、工作条件1、工作量估计1)查阅并记录所需资料。

2)轴承座的型号及基本参数的确定；3)学习使用ANSYS 软件的使用方法；4)使用ANSYS 软件对轴承座结构进行有限元分析；5)制作毕业答辩的PPT。

本科毕业设计（论文）轴承座有限元分析学院名称：专业：班级：学号：姓名：指导教师姓名：指导教师职称：二〇一三年六月目录序言 (2)第1章轴承座受力分析 (4)1.1课题分析 (4)1. 2结果分析 (5)第2章操作步骤 (6)2.1 操作流程 (6)参考文献 (13)致谢 (13)序言有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。

还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。

有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。

有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。

经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。

在解偏微分方程的过程中, 主要的难点是如何构造一个方程来逼近原本研究的方程, 并且该过程还需要保持数值稳定性.目前有许多处理的方法，他们各有利弊. 当区域改变时(就像一个边界可变的固体)，当需要的精确度在整个区域上变化, 或者当解缺少光滑性时, 有限元方法是在复杂区域(像汽车和输油管道)上解偏微分方程的一个很好的选择。

轴承座轴承座 轴瓦轴瓦 轴四个安装孔径向约束向约束 (对称) 轴承座底部约束(UY=0) 沉孔上的推力 (1000 psi.) 向下作用力 (5000 psi.) 实验十 轴承座的有限元建模与分析（一）实验目的（一）实验目的1.熟悉并掌握ANSYS 软件的使用方法；软件的使用方法；2.掌握如何利用ANSYS 建立复杂实体模型；建立复杂实体模型；3.掌握如何利用ANSYS 分析复杂模型应力分析。

分析复杂模型应力分析。

（二）实验设备和工具（二）实验设备和工具装有装有ANSYS 分析软件的计算机分析软件的计算机（三）问题描述：（三）问题描述：（四）实验步骤：（四）实验步骤：首先进入前处理(/PREP7) 1. 创建基座模型创建基座模型 生成长方体生成长方体Main Menu ：Preprocessor>Create>Block>By Dimensions 输入x1=0,x2=3,y1=0,y2=1,z1=0,z2=3 平移并旋转工作平面平移并旋转工作平面Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments X,Y ,Z Offsets 输入2.25,1.25,.75 点击Apply XY ，YZ ，ZX Angles 输入0，－90点击OK 。

创建创建圆柱圆柱圆柱体体Main Menu ：Preprocessor>Create>Cylinder> Solid Cylinder Radius 输入0.75/2, Depth 输入－1.5,点击OK 。

轴承系统 (分解图) 载荷拷贝拷贝生成生成生成另另一个一个圆柱圆柱圆柱体体Main Menu ：Preprocessor>Copy>Volume 拾取圆柱拾取圆柱体体,点击Apply, DZ 输入1.5然后然后点击点击OK 从长方体长方体中减去两中减去两中减去两个个圆柱圆柱体体Main Menu ：Preprocessor>Operate>Subtract Volumes 首先首先拾取被减拾取被减拾取被减的长方体，点击的长方体，点击Apply ,然后拾取减去后拾取减去的的两个圆柱圆柱体，点击体，点击OK 。