轴承座应力分析

轴承载荷下的有限元分析思路分析本实例分析转轮在轴承载荷作用下的受力及变形情况。

转轮半径为200mm，厚度为40mm,受5000N的轴承载荷，材料为铝合金，如图所示：知识要点旋转形成实体分割圆柱面圆周阵列施加轴承载荷选择网格参数显示反作用力绘制步骤1．建模（1）绘制转轮的旋转轮廓，如下图所示，然后旋转形成实体，如下图所示：（2）绘制减重切除孔的草图，如下图所示：（3）圆角，圆角设置半径为5mm(4)最终建立模型如下图：2．绘制分割线新建草图，绘制一条通过坐标远点的水平直线。

选择命令“插入—曲线—分割线”，选择转轮的轴孔圆柱面作为“要分割的面”，形成轴孔圆柱面的分割线。

将转轮的轴孔圆柱面分割为两个面，从而为轴承载荷的施加创造条件。

同理，给转轮的外圆面绘制分割线，外圆分割线为竖直直线分割而成，与轴孔分割线成垂直。

3.分析（1）建立研究a）选择分析类型。

单击“simulation”,选择“算例”，定义名称为“轴承载荷分析”，分析类型为“静态”。

b）单击“属性”按钮，打开“静态”对话框，确保“使用软弹簧使模型稳定”复选框被选中。

c)选择材料。

选择材料为“1060 铝合金”。

（2）建立约束并施加载荷a)添加约束。

单击“制约”按钮，打开“制约”对话框。

在下拉菜单中选择制约类型为“使用参考几何体”，在图形区域中选择“基准轴1”作为参考几何体，在“转换”栏中单击径向按钮，激活右侧的微调框，设置径向位移为0，单击圆周按钮，设置圆周旋转的约束为0.b)选择坐标系。

选择命令“插入—参考几何体—坐标系”，打开“坐标系”对话框，单击Y轴栏目中的反向按钮，将默认坐标系的Y轴反向，单击Z轴显示栏，在图形区域中选择“基准轴1”作为Z轴方向。

c)添加载荷。

单击轴承载荷按钮，选择轴孔圆柱面的下半面作为轴承载荷的圆柱面，单击选择坐标系图标，选择新生成的“坐标系1”作为参考坐标系，在“轴承载荷”栏目中单击Y方向按钮，设置Y方向的力为650N。

轴承座的实体建模及静力学仿真分析学院名称： 机械工程学院专 业： 车辆工程班 级： 10车辆1W学 号： 10326103姓 名： xxx指导教师姓名： xxx指导教师职称： 讲师二〇一三 年 六 月JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科毕业设计（论文）目录序言 (2)第1章课题分析与方案论证 (3)1.1课题任务分析 (2)第2章分析过程 (5)2.1 实体建模 (4)2.2 单元类型选择及网格划分 (7)2. 3 加载及约束及后处理 (9)总结 (12)致谢 (14)序言1970年，Doctor John Swanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，于是创立了ANSYS公司，总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。

30年来，ANSYS 公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和技术，领导着世界有限元技术的发展，并为全球工业广泛接受，其50000多用户遍及世界。

ANSYS软件的第一个版本仅提供了热分析及线性结构分析功能，像当时的大多数程序一样，它只是一个批处理程序，且只能在大型计算机上运行。

20世纪70年代初。

ANSYS软件中融入了新的技术以及用户的要求，从而使程序发生了很大的变化，非线性、子结构以及更多的单元类型被加入到子程序。

70年代末交互方式的加入是该软件最为显著的变化，它大大的简化了模型生成和结果评价。

在进行分析之前，可用交互式图形来验证模型的几何形状、材料及边界条件；在分析完成以后，计算结果的图形显示，立即可用于分析检验。

今天软件的功能更加强大，使用更加便利。

ANSYS提供的虚拟样机设计法，使用户减少了昂贵费时的物理样机，在一个连续的、相互协作的工程设计中，分析用于整个产品的开发过程。

ANSYS分析模拟工具易于使用、支持多种工作平台、并在异种异构平台上数据百分百兼容、提供了多种耦合的分析功能。

ANSYS公司对软件的质量非常重视，新版的必须通过7000道标准考题。

大作业
进行轴承座受力结构分析，轴承座材料为Q235钢，弹性模量2.06E5MPa，泊松比0.29，结构尺寸如图1所示，轴承座的底面受垂直方向的约束，底面螺栓孔受水平方向的约束，轴孔的台阶面受到40Pa/mm2的轴向推力。

要求底座与加强筋划分为六面体网格(Solid186)，其余部分划分为四面体网格(Solid 187)，用五面体单元进行过渡。

用Word文档写出前处理，处理和后处理的主要步骤，并附主要步骤的图片（实体模型，网格划分，约束加载），最后给出轴承座的V on Mises 等效应力云图和变形图，判断轴承座静强度能否满足要求。

（模型结构和载荷左右对称，可以先做出模型的一半，利用对称约束进行求解，然后显示整个模型的结果）。

图1. 轴承座工程图
图2. 正面网格剖分图
图3. 背面网格剖分图
图4. 载荷约束
图5. 应力云图。

机设定单09－1、2、3有限元法大作业
轴承座实体建模及静力学分析
图1为某轴承座的实体结构，图中尺寸单位为m，轴承座的受力及约束情况如图2所示，要求用ANSYS软件完成该轴承座的实体建模及静力学仿真分析，并撰写分析报告。

已知材料属性为弹性模量为3⨯107Pa，泊松比为0.3。

具体要求：1. 报告由实体建模、单元类型选择、网络划分、加载及约束及后处理等几部分组成，关键操作步骤及主要参数的确定在报告中需作明确说明，后处理需给出应力云图与应变云图，并对计算结果进行分析。

2. 图2中镗孔上的推力P a和座孔向下的作用力P s为分别式(1)和式(2)计算。

+
=
P(1)
本人学号后
(位
2
1000
)Pa
a
+
=
)Pa
本人学号后
(位
3
5000
P(2)
s
3. 分析报告用A4纸打印，注明班级、学号及姓名，于课程结束后2周内统一上交。

图1 轴承座实体结构
图2 轴承座受载及约束情况。

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 。

有限元分析—轴承座结构分析按如图尺寸建立轴承座的实体模型（因结构和载荷的对称性，只建立了一模型），尽量采用六面体划分轴承座的单元，轴承座在下半孔面上作用正弦径向压力P1，sin1PP ，式中rbrπFP2=（F r为径向合力，r为轴承半径，b为轴承孔厚度），轴向均布压力载荷P2，22.0PP=，径向合力F r取值：(10 + 学号最后一位数字)*1000N。

一. 建模过程。

1. 创建基座模型（1）生成长方体（2）平移并旋转工作平面（3）创建圆柱体2. 创建支撑部分3. 偏移工作平面到轴瓦支架的前表面4．创建轴瓦支架的上部5. 在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备6．从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔.7. 创建一个关键点8.创建一个三角面并形成三棱柱9.关闭 working plane display.10．沿坐标平面镜射生成整个模型.11.粘接所有体.二. 网格划分网格划分是有限元分析的关键环节，有时候好的网格划分不仅可以节约计算时间，而且往往是求解成功的钥匙。

划分网格一般包括以下三个步骤：定义单元属性（TYPE、REAL、MAT）,制定网格的控制参数，生成网格。

1．单元类型选择由于对轴承座是进行三维实体的结构分析，故选择10节点的Solid 95单元，该单元类型能够用于不规则形状，而且不会再精度上有任何损失。

它由10个节点定义，每个节点3个自由度：x,y,z方向。

2．制定材料属性指定线弹性材料的弹性模量EX=3e7，泊松比PRXY=0.3。

3．划分网格采用智能网格划分方式。

Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→将智能网格划分器(Smart Sizing)设定为“on”,并选择网格精度SIZE=2。

得到如下图所示，得到的轴承座有限元模型的总单元数21630个，节点总数为34519个。

三．轴承座载荷的施加1.根据已知条件有：轴承座所受到的径向合力F r=（10+7）*1000=17000N轴承孔半径r=17mm轴承孔厚度b=12mm由于我们只截取一般模型进行结构分析，故半个轴承孔的径向均布载荷rbrπF P 20==2*17000/（0.017*0.012*π）=144796380Pa,而实际情况轴承孔所受并非均布载荷，轴承孔最下部分受载荷最大，左右两腰部分所受载荷最下几乎为零，即轴承孔面上所受压力载荷为非线性的。

井下工具用圆弧轨道轴承接触应力分析◊长江大学机械工程学院谭超许福东董立本文利用赫兹接触理论计算了圆弧轨道轴承的接触应力，用SolidWorks软件建立了圆弧轨道轴承的分析模型并导入ANSYS Workbench中，分析了轴承滚珠与滚道间的接触应力和应力分布形式且结果与赫兹理论解较接近。

计算结果对于井下工具轴承寿命分析计算具有一定的帮助。

1引言圆弧轨道轴承是滚动轴承中较为普遍的一种类型，也是机械中使用最广泛的支承易损零件。

在使用轴承的机器中，许多故障都是由于轴承失效造成的。

尤其是井下工具使用的轴承，一旦轴承发生失效，会对钻井造成许多麻烦和经济损失，例如反复的提钻。

因而，轴承的接触应力分析对于研究轴承的点蚀或磨粒磨损失效问题有着重要的参考价值。

由于轴承工作环境复杂，个体差异大，采用实验分析需要大量实验仪器，实验费用高，所以现在普遍运用理论解析和有限元分析的方法进行研究吧本文应用ANSYS Workbench^承进行了接触应力和使用寿命的有限元分析，并将分析结果与赫兹理论解对比验证，结果表明有限元法适用于轴承接触应力和寿命般分析。

2圆弧轨道轴承赫兹接触理论计算本文以型号为ZKZ-165型的圆弧轨道轴承为例，该轴承一般成组使用安装，一组有5~16副轴承，具体结构如图1所示。

1一端面外座圈；2-端面内座圈；3-外座圈；4一内座圈；5-滚珠。

图1轴承结构图轴承内、外圈以及滚珠材料为55SiMoVA,弹性模量E=2.08xl05MPa,泊松比“=0.3。

根据经验所得，每副轴承能够承受2吨的力，且轴径受力比为7:3,轴承参数见表1。

轴承轴承节圆曲率接触外径内径直径半径直径角度个数140801101019.05n18 mm mm nwn mm mm4表1轴承参数如图2所示，轴承径向载荷为Fr,B为滚珠之间的夹角, Q为滚珠承受的载荷。

根据Stribeck的推导曲:F r=Q l+2Q2cosfl+2Q3cos2fl+-（1）由接触负荷与变形量的关系：式中：§ B为与径向载荷作用线夹角为B处的弹性变形量；6込为沿径向载荷作用线的滚动体与套圈接触的总弹性变形量；t为指数，点接触时为2/3。

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。

四川大学
本科生课程考试试卷
姓名：李星
学号：0743058024
所在院、系（所）：建筑与环境学院
专业：工程力学
ABAQUS学习实验报告
——轴承座的线性静力学分析
1．问题描述
本文详细讲解一个固定轴承座的静力学分析实例，如图1所示，采用国际单位制；长度mm，力N，应力MPa。

改轴承通过四个安装孔进行固定，轴承孔的下半部分承受由轴传来的径向压力载荷（50MPa），轴承孔周围上承受推力载荷（10MPa）。

轴瓦和轴设置为显示体约束，跟随轴承孔壁上三点定义的坐标系运动。

本例选用静态通用（Static，General）分析步，分析轴承座的应力和位移状态。

图1
2．创建部件
根据部件几何特征及尺寸建立几何模型（具体做法从略），得到定位前的三个部件实体，这三个实体的几何位置如图2所示。

图2
3．定义材料及截面属性
定义的材料常数为：E=200000；v=0.3；之后创建截面特性及分配界面特性。

4．装配部件
在环境栏的Module列表中选择Assembly功能模块，装配三个部件，如图3所示。

图3
5．建模后续工作
图4
6．分析
创建分析作业，再进行数据检查，提交分析作业后保存模型。

Step Time为1秒的时候模型如下图5所示；
此时的变形为下图6所示
此时的应力状态，最大主应力的灰度云图如下图7和图8所示。

图7
Mises应力云图的剖面图如下图9所示。

大作业
进行轴承座受力结构分析，轴承座材料为Q235钢，弹性模量2.06E5MPa，泊松比0.29，结构尺寸如图1所示，轴承座的底面受垂直方向的约束，底面螺栓孔受水平方向的约束，轴孔的台阶面受到40Pa/mm2的轴向推力。

要求底座与加强筋划分为六面体网格(Solid186)，其余部分划分为四面体网格(Solid 187)，用五面体单元进行过渡。

用Word文档写出前处理，处理和后处理的主要步骤，并附主要步骤的图片（实体模型，网格划分，约束加载），最后给出轴承座的V on Mises 等效应力云图和变形图，判断轴承座静强度能否满足要求。

（模型结构和载荷左右对称，可以先做出模型的一半，利用对称约束进行求解，然后显示整个模型的结果）。

图1. 轴承座工程图
图2. 正面网格剖分图
图3. 背面网格剖分图
图4. 载荷约束
图5. 应力云图。

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。

轴承座的有限元分析摘要：在ANSYS环境下对轴承座进行建模，划分网格，生成有限元模型，并对其进行约束，加载,从而得到轴承座在工作载荷条件下的变形,应力，并对结果进行分析。

关键词：轴承座ANSYS 建模有限元0 引言轴承座在机械生产中很常见，在各类机器、机构中都有它存在的身影，由于轴承座本身结构并不是太复杂,所以本文并没有借助其他类型的三维软件建模,而是在ANSYS环境下建立的模型。

轴承座的受力主要是分布在轴承孔圆周上，还有轴承孔的下半部分的径向压力载荷。

本文将分析在这些载荷的作用下,轴承孔的变形，应力等,并显示强大的ANSYS的求解结果。

一、轴承座有限元模型的建立1.1、轴承座三维模型的创建由于轴承座为整体对称的结构，所以建模的总体思路为先建立模型的一半，然后在用ANSYS中的镜像命令创建另一半。

首先建立基座模型，输入基座长方体的两个对角顶点（0,1,0）和（3，1，3），建立一个长方体，然后平移工作平面,在基座上创建两个半径为0.325的圆柱,从长方体上减去两个圆柱便形成了两个圆柱孔，这样基座便建立好了。

然后再建立支撑部分，支撑分三部分建立,先建立一个长1。

5，宽0.75，高1。

75的长方体的块，在建立一个半径为1。

5的四分之一圆柱，最后建立轴承孔，值得注意的是建立轴承孔时需要建立两个半径分别为1和0。

85的圆柱为生成孔做准备，然后再依次剪掉两个圆柱，形成孔。

接着创建肋板不分,先通过三个点创建一个三角形的面,然后将该三角形拉成一个三棱柱，便建好了肋板。

然后将模型沿坐标平面镜像生成对称部分，最后粘贴所有体1。

2 、划分网格生成有限元模型首先定义材料属性，设置弹性模量EX为30e6，泊松比为0。

3。

然后用划分网格工具Mesh Tool将几何模型划分单元。

由于结构较复杂且为三维模型，故选择智能划分网格，即Smart Sizing，结果如图.二、施加边界与载荷先约束四个安装孔,依次选择四个安装孔的八个（每个圆柱面包括两个面）柱面，使其自由度为0，再在整个底座施加竖直方向上的位移约束，选择基座底面的所有外边界线，选择Uy作为约束自由度。

0引言自20世纪70年代后期开始，国际上较大型的面向工程的有限元通用程序达到几百种，引入我国的（各种大、中型专用和通用有限元著名软件）也有数十种，而UG NX 是一套CAD/CAM/CAE 一体化的高端工程软件，它的功能覆盖从概念设计到产品生产的整个过程。

其中，它的高级仿真模块提供了许多种解算器，其中就包括NX NASTRAN 、MSC NASTRAN 、ANSYS 、IDEAS UNV 和ABAQUS 。

其中，又以NX NASTRAN 解算器应用最为广泛，通过多年的发展和版本的不断升级，其分析种类越来越多、解算功能越来越强，其分析结果已成为航天、车辆等工业的本根有限元（CAE ）标准，获得美国联邦航空局（FAA ）认证。

1轴承三维模型的绘制根据有限元分析实际的需要，要忽略6204轴承游隙参数。

当忽略游隙参数后6204轴承的主要结构参数见表1。

表16204轴承的主要结构参数零件结构参数尺寸内圈沟曲率半径r i 内沟道直径d i 挡边高直径d 2 4.088mm 26.062mm 28.8mm 外圈沟曲率半径R e 外沟道直径D e 挡边高直径D 24.167mm 41.938mm 39.2mm根据表1给出的6204轴承的结构参数，应用UG NX软件的CAD 模块，建立6204滚动球轴承的三维模型，其结果如图1所示。

由于6204轴承结构的对称性，同时也为了提高有限元分析的效率、节省计算机的资源，取其四分之一作为有限元分析模型，如图2所示，并根据轴承工况的实际情况，结合有限元分析的需要，对其结构进行理想化和简化，即去掉内、外套圈的倒角，及对分析结果影响不大的保持架。

那么，6204滚动球轴承的有限元分析模型就可以开始建立了[1]。

图1三维模型图2分析模型2基于UG NX 的6204轴承仿真分析2.16204轴承的有限元网格的划分分析时要使用的是非线性分析法，因此解算比较复杂，而分析时为了使单元格简化，于是就有必要分割剩下的四分之一的轴承，如图3所示。