对轴承座进行有限元受力分析35页PPT

有限元法分析与建模课程设计报告学院：机械与电子工程学院专业：机械设计制造与其自动化指导教师：X建树、王洪新、林华、周小超、X昌春学生：葛睿学号：2012011309摘要本文用ANSYS建立轴承座的三维模型，并运用ANSYS强大的有限元分析和优化功能来实现轴承座的分析。

ANSYS 是一款极其强大的有限元分析软件。

通过数据接口，ANSYS 可以方便的实现从CAD 软件中导入实体模型。

因此，将Pro/E 强大的建模功能与ANSYS 优越的有限元分析功能结合在一起可以极大地满足设计者在设计过程中对建模与分析的需求。

关键词：轴承座，有限元，ANSYS目录第一章引言 (2)有限元法与其根本思想 (2)1.2 问题描述 (3)第二章轴承座有限元分析的准备工作 (3)建模过程与思路 (3)设置单元类型 (4)定义材料属性 (4)轴承座三维实体建模 (5)创建基座模型 (5)创建轴瓦支架的下部 (15)创建轴瓦支架的上部 (17)创建 (24)构建轴承座整体 (32)创建网格 (33)第三章有限元模型的前处理和求解 (35)定义分析类型 (35)约束４个安装孔 (35)约束基座底部Ｙ向位移 (36)在轴承孔圆周上施加推力载荷 (38)在轴承孔的下半局部施加径向压力载荷 (39)求解 (41)第四章有限元模型的后处理和结果分析 (42)绘制轴承座的变形形状 (42)绘制轴承座位移分布等值线图 (44)查看轴承座各节点位移 (45)绘制轴承座应力分布等值线图 (46)查看轴承座节点最大应力 (47)总结 (49)参考文献 (49)第一章引言有限元方法就是把一个原来是连续的物体剖分成有限的单元，且它们相互连接在有限的节点上，承受等效的节点载荷，并根据平衡条件在进展分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，在综合求解。

由于单元的个数有限，节点的个数也有限，所以这种方法称为有限元法。

有限元法解决问题是物理模型的近似，而数学上不做近似处理。

轴承座有限元分析轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理练习目的：创建实体的方法，工作平面的平移及旋转，布尔运算（相减、粘接、搭接，模型体素的合并，基本网格划分。

基本加载、求解及后处理。

问题描述：轴瓦轴承座向下作用力(5000 psi.)四个安装孔径向约束 (对称)轴沉孔上的推力(1000 psi.) 轴承座底部约束 (UY=0)首先进入前处理(/PREP7)1.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Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by IncrementsX,Y,Z Offsets 输入2.25,1.25,.75 点击ApplyXY，YZ，ZX Angles输入0，－90点击OK。

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

拷贝生成另一个圆柱体Main Menu：Preprocessor>Copy>Volume拾取圆柱体,点击Apply, DZ输入1.5然后点击OK 从长方体中减去两个圆柱体Main Menu：Preprocessor>Operate>Subtract Volumes首先拾取被减的长方体，点击Apply,然后拾取减去的两个圆柱体，点击OK。

使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致Utility Menu>WorkPlane>Align WP with> Global Cartesian2. 创建支撑部分Utility Menu: WorkPlane -> Display Working Plane (toggle on) Main Menu: Preprocessor -> -Modeling-Create -> -Volumes-Block -> By 2 corners& Z1)在创建实体块的参数表中输入下列数值:WP X = 0 WP Y = 1 Width = 1.5 Height = 1.75 Depth = 0.752) OKToolbar: SAVE_DB3. Utility Menu: WorkPlane -> Offset WP to -> Keypoints +1) 在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点2) OKToolbar:SAVE_DB4Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Create -> Volumes-Cylinder -> Partial Cylinder +1). 在创建圆柱的参数表中输入下列参数:WP X = 0 WP Y = 0 Rad-1 = 0 Theta-1 = 0 Rad-2 = 1.5 Theta-2 = 90 Depth = -0.752). OKToolbar: SAVE_DB5.Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Create -> Volume-Cylinder -> Solid Cylinder +1.) 输入下列参数:WP X = 0 WP Y = 0 Radius = 1 Depth = -0.18752.) 拾取 Apply3.) 输入下列参数:WP X = 0 WP Y = 0 Radius = 0.85 Depth = -24.) 拾取 OK6．Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Operate -> Subtract -> Volumes +1). 拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。

滚动轴承接触问题的有限元分析马士垚张进国（哈尔滨工业大学（威海）机械工程系，威海264209）Contact analysis on rolling bearing by finite element methodMA Shi-yao ，ZHANG Jin-guo（Department of Mechanical Engineering ，Harbin Institute of Technology ，Weihai 264209，China ）文章编号：1001-3997（2010）09-0008-02【摘要】基于ANSYS 有限元分析软件，建立了滚动轴承接触分析的三维有限元模型，分析得到了轴承滚动体的径向位移、滚动体与内外圈的接触应力云图，并将接触应力结果与Hertz 理论计算的结果对比，计算两者的接近度，进而说明该法分析的可行性，也为轴承的进一步研究提供了理论基础。

关键词：ANSYS ；滚动轴承；有限元；接触分析【Abstract 】A three-dimensional model is first established for rolling bearing based on an FEA soft －ware as ANSYS .The bearing ’s radial displacement 、the contact stress between rolling elements and inner and outer ring is pared the contact stress results of ANSYS with the Hertz results ，see the difference between each other ，so that the feasibility of this method is proved ，also provides theoretical principle for further research.Key words ：ANSYS ；Rolling bearing ；Finite element ；Contact analysis中图分类号：TH133.33文献标识码：A＊来稿日期：2009-11-131前言轴承是机械传动部分中的重要组成部分，在对轴承的设计与分析中，经常要计算轴承的承载能力、寿命、变形等问题，由于传统的赫兹接触理论在实际应用中存在局限性，只能得到轴承接触应力的近似解，而且求解方法繁琐，利用有限元分析软件ANSYS 对轴承进行接触问题的分析，可以解决所有的赫兹接触问题，方法简洁，易于程式化，结果可视性强，对轴承的分析有一定的指导作用。

轴承座轴瓦 轴四个安装孔径向约束 (对称) 轴承座底部约束 (UY=0)沉孔上的推力 (3000 psi.) 向下作用力 (15000 psi.) 基于ANSYS 的轴承座有限元分析一、 问题描述在我们机械设计课程中曾经学习过轴系，主要是学习了轴的设计、受力分析以及轴承的设计等等。

但没有对轴承座的承受能力进行分析，所以我在这里主要是对一种简单的轴承座进行了有限元分析。

在查阅了相关资料之后，可将分析的轴承座示意如下图。

在实际当中，考虑到工艺的要求，图中相应的边缘处须设置有圆角、倒边等等。

但在有限元模型中忽略了这些要素。

二、 力学模型的分析与建立如下图所示在查阅了相关资料后可将上面描述的问题简化成上述模型，其中的载荷参考了网上的相关资料，在沉孔面上垂直于沉孔面上作用有3000psi.的推力载荷，在轴承孔的下半部分施加15000psi.的径向压力载荷，这个载荷是由于受重载的轴承受到支撑作用而产生的。

由于轴承座一般固定于机身上，所以可以在其底部施加法向位移约束，并且四个安装孔要受到螺栓的约束，所以可以在四个螺栓孔中施加径向对称约束（在ansys中体现为Symmetry B.C.）三、力学模型的有限元分析1.建立模型1）创建基座模型生成长方体Main Menu：Preprocessor->Modeling->Create->Volumes->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Utility Menu>WorkPlane->Offset WP by IncrementsX,Y,Z Offsets 输入2.25,1.25,.75 点击ApplyXY，YZ，ZX Angles输入0，－90点击OK。

创建圆柱体Main Menu：Preprocessor->Modeling->Create->Volumes->Cylinder> Solid CylinderRadius输入0.75/2, Depth输入－1.5,点击OK。

滚动轴承的受力分析、载荷计算、失效和计算准则1.滚动轴承的受力分析滚动轴承在工作中，在通过轴心线的轴向载荷（中心轴向载荷）Fa作用下，可认为各滚动体平均分担载荷，即各滚动体受力相等。

当轴承在纯径向载荷Fr作用下（图6），内圈沿Fr方向移动一距离δ0，上半圈滚动体不承载，下半圈各滚动体由于个接触点上的弹性变形量不同承受不同的载荷，处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大，其值近似为5Fr/Z（点接触轴承）或4.6Fr/Z（线接触轴承），Z为轴承滚动体总数，远离作用线的各滚动体承载逐渐减小。

对于内外圈相对转动的滚动轴承，滚动体的位置是不断变化的，因此，每个滚动体所受的径向载荷是变载荷。

2.滚动轴承的载荷计算（1）滚动轴承的径向载荷计算一般轴承径向载荷Fr作用中心O的位置为轴承宽度中点。

角接触轴承径向载荷作用中心O的位置应为各滚动体的载荷矢量与轴中心线的交点，如图7所示。

角接触球轴承、圆锥滚子轴承载荷中心与轴承外侧端面的距离a可由直接从手册查得。

接触角α及直径D，越大，载荷作用中心距轴承宽度中点越远。

为了简化计算，常假设载荷中心就在轴承宽度中点，但这对于跨距较小的轴，误差较大，不宜随便简化。

图8角接触轴承受径向载荷产生附加轴向力1)滚动轴承的轴向载荷计算当作用于轴系上的轴向工作合力为FA，则轴系中受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=FA，不受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=0。

但角接触轴承的轴向载荷不能这样计算。

角接触轴承受径向载荷Fr时，会产生附加轴向力FS。

图8所示轴承下半圈第i个球受径向力Fri。

由于轴承外圈接触点法线与轴承中心平面有接触角α，通过接触点法线对轴承内圈和轴的法向反力Fi将产生径向分力Fri；和轴向分力FSi。

各球的轴向分力之和即为轴承的附加轴向力FS。

按一半滚动体受力进行分析，有FS ≈ 1.25 Frtan α(1)计算各种角接触轴承附加轴向力的公式可查表5。

表中Fr为轴承的径向载荷；e为判断系数，查表6；Y为圆锥滚子轴承的轴向动载荷系数，查表7。

教程10：轴承座的有限元分析轴承座的几何尺寸如图所示：轴承座的受力如图所示：交互式的求解过程1进入ANSYS程序→Ansys10.0→Configure ANSYS Products →file Management→input jobname:zhouchengzuo→Runb5E2RGbCAP2建立几何结构2.1 创建长方体1．Main Menu:Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→By Dimensions。

p1EanqFDPw2.分别输入X1=0，X2=76，Y1=0，Y2=25，Z1=38，Z2=-38。

3．按下OK按钮。

4．Utility menu：PlotCtrs→Pan,Zoom,Rotate…。

5. 按下Pan-Zoom-Rotate 窗口内的ISO按钮。

6. 关闭Pan-Zoom-Rotate 窗口。

2.2 创建长方体的两个圆孔。

调整工作平面的位置及角度1．Utility menu：WorkPlane→DisplayWorking Plane。

2.WorkPlane→Offset WP to→XYZ Locations+→在文本框中输入：57，0，19→OK。

3．WorkPlane→Offset WP by Increments…→将角度滚动条滑到90 度作为旋转的角度。

4. 按下上面一组按钮中的X-按钮。

5. 按下OK按钮。

6. MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Cylinder→Solid Cylinder。

7. 输入 WP X ：0，WP Y ：0，Radius：9.5，Depth：38。

8. 按下OK按钮。

9. Utility menu：WorkPlane→Offset WPto→XYZ Locations + →在文本框中输入：57，0，-19→OK。

10. MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create →Volumes→Cylinder→Solid Cylinder。

机械设计中的有限元法第4题：分析图4弹性轴承在载荷作用下的应力和应变(载荷个数、大小自己选择)。

图4 弹性轴承受力分析摘要本课题主要以CATIA为基础，建立了弹性轴承的结构模型及静态下弹性轴承的有限元分析模型，并通过对静载荷下弹性轴承的应力及应变进行计算，得出弹性轴承应力及应变的分布情况。

1 弹性轴承简介随着直升机技术的发展与新工艺、新材料的应用，多年来国外各直升机公司花费大量人力、物力，使直升机技术不断发展到新的技术高峰。

伴随着直升机技术的飞速发展，直升机旋翼系统也从第一代发展到全复合材料的第三代旋翼。

期间，旋翼系统使用的常规金属轴承逐渐发展到金属、橡胶夹层结构的弹性轴，七十年代初代表着直升机第三代旋翼三大先进技术之一的弹性轴承，开始投入工程应用阶段，目前已广泛用于直升机旋翼系统中。

弹性轴承是通过硫化黏结将橡胶和金属隔片组成交替排列形成的一类构件，通过橡胶的剪切变形满足特定的摆动运动要求。

它不仅能满足复杂工况下减振性能的要求，而且还具有结构简单、无需润滑、装拆维修方便、使用寿命长、性能可靠等优点。

近年来，随着有限元法在工程上的广泛应用，利用有限元对弹性轴承的力学行为进行模拟成为弹性轴承结构设计的一种重要方法。

本课题即通过有限元分析方法考察弹性轴承在载荷作用下的应力及应变。

2弹性轴承有限元建模弹性轴承由一般由14层不同厚度的同心的环面橡胶弹性层和13层环面不锈钢隔片交替牢固粘接构成，为简化弹性轴承的分析计算，采用其简化结构即：由2层不同厚度的同心橡胶层和1层同心的环面粘接而成。

2.1 弹性轴承的尺寸参数、材料性能弹性轴承的尺寸参数及材料性能见下图一。

说明：因查阅了关于弹性轴承的相关资料，发现弹性轴承是由弹性体和金属件交替粘接而成，而题目所给的是一个单独零件，为了保持题目与所查资料的一致性，本课题对题目所给的二维草图做了部分的修改，但有限元法分析原理基本相似。

又题目要求采用ANSYS软件分析，但由于本人的笔记本电脑配置较低，安装此软件后电脑无法运行，故采用了CATIA中的有限元分析模块分析，但在后期的学习中，定会加紧学习ANSYS软件，熟练掌握。