基于ANSYSWorkbench的深沟球轴承接触应力有限元分析

2 2 2 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y D e s i g n Ma n u f a c t u r e 第 l 0期 2 0 1 2年 1 O月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 1 0 0 2 2 2 0 3 基 于 A N S Y S Wo r k b e n c h的深沟球 轴承 接触应力有限元分析 冰 张福星 郑 源 汪 清 李 杰 徐素红 辛华荣 吴 忠 1 河海大学 水利水电学院 南京 2 1 0 0 9 8 2 河海大学 能源与电气学院 南京 2 1 1 1 0 0 3 江苏省走马塘张家港枢 纽工程建设处 张家港 2 1 5 6 0 0 Co n t a c t St r e s s FEM a n al y s i s o f De e p Gr o o v e Ba l I Be ar i n g Ba s e d O n ANSYS W o r k b e n c h Z H A N G F u x i n g I Z H E N G Y u a n 2 WA N G Q i n g 1 L I J i e i X U S u h o n g X I N H u a r o n g 3 WU Z h o n g 1 S c h o o l o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o p o w e r E n g i n e e r i n g H o h a i U n i v e r s i t y N a n j i n g 2 1 0 0 9 8 C h i n a 2 S c h o o l o f E n e r g y a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g H o h a i U n i v e r s i t y N a n j i n g 2 1 1 1 0 0 C h i n a 3 Z o u ma t a n g Z h a n g j i a g a n g C o n s t r u c t i o n S i t e o f J i a n g s u P r o v i n c e Z h a n g j i a g a n g 2 1 5 6 0 0 C h i n a i 摘要 利用A N S Y S Wo r k b e n c h 软件建立了深沟球轴承的三维非线性接触模型 对模型的边界 i 条件进行合理的设置后 基于有限元的方法 在 S t a t i c S t r u c t u r a l A N S Y S 中对深沟球轴承的接触应力和 l变形进行了仿真计算 得到了轴承滚动体和内 外圈不同部位接触应力和变形的分布 计算结果与 i H e r t z 理论解进行了对比 两者具有良好的一致性 说明了用A N S Y S Wo r k b e n c h 分析滚动轴承接触19 题是可行的 符合轴承在载荷作用下受力和变形的实际情况 有限元仿真计算的结果为滚动轴承的设 计 优化和失效分析提供了参考依据 具有一定的工程实用价值 关键词 深沟球轴承 接触应力 有限元 非线性 A b s tr a c t T h e 3 D n o n lin e a F c o n ta c t m o d e l of d e e p g r o e b a ll b e a r in g W CIS e s ta b lis h e d n A N S Y S Wo r k b e n c h s o w ar e Wi t h t h e r e a s o n a b l e s e t t i n g o f t h e b o u n d ar y c o n d it i o n s t h e c o n t act s t r e s s a n d蚴 卜 m w e c al c l a t e d c s r c u r a A N S Y S b y u s i n g th e fi n it e e le m e m e d a n d th e c n 5 tre s s an d d ef o r m a t i n of th e n n e r rin g th e u 把 r tin g an d th e ro llin g e le m e z拈 w e b ta in e d F u r th e rlr fh e c m p a tio n al 优 u ac e c o n s is 把 m ith h e H e r 拓 e s e re s s s in g h e b e c 一 t act p r o b l e m w i t h A N S Y S Wo r k b e n c h s of t w a r e i s a s i b l e a tt d i t c o i n c id e s w i t h t h e s t r e s s and d e f o r m a t io n of th e al s itu at i n e F E M s u z拈 p ro id e n c e f o r h e d e s ig n op im iz at i n a n d f a ilM re a n al y s is of l r o l l i n g b e ar i n g s a n d h a y e p r ac t ic al e n g i n e e r i n g al u e K e y Wo r d s D e e p G r o o v e B a l l B e a r i n g C o n t a c t S t r e s s F E M N o n li n e a r i 中图分类号 T H1 6 T H1 3 3 3 3 文献标识码 A l 弓 I 言 优 化 提 供 了 依 据 滚 动 轴 承 是 机 械 传 动 中 非 常 重 要 的 部 件 它 依 靠 滚 动 体 和 2 H e r t z 理论计算 内 外圈的滚动接触将转动零件支撑起来t q o 实现力和运动的传H e r t z 弹性接触理论成功地解决了滚动轴承接触应力和变 递 其结构性能的好坏直接关系到整个机械系统可靠性和安全性 形的计算问题 在求解相互挤压的弹性固体的接触面形状 大小 的高低 同时滚动轴承也是易损坏部件 统计数据显示旋转机械 和表面压力分布时采用了以下假设 1 相互接触的物体只产生 中约 3 0 的机械故障是由滚动轴承的失效引起的 所以滚动轴 弹性变形并服从 H o o k e 定律 2 接触表面光滑 只有法向力作 承的刚度 接触应力和变形一直以来都是工程应用研究中的热点 用 3 接触尺寸远小于接触体表面曲率半径 滚动轴承的接触问 问题 题基本符合 H e r t z 假设 深沟球轴承滚动体与内 外圈滚道为点 滚动轴承接触研究的难点在于滚动体与内 外圈的接触 载 接触 按照 H e r t z 理论接触面为一椭圆 表面压力呈半椭球分布 荷为零时为点接触 受载后接触点扩展为 一个椭圆接触面 接触 如图 1 所示 点接触计算公式如下 区域的形状 大小 接触应力和摩擦系数在事先都是未知的 它们 曲率和函数 与 外 加 的 载 荷 大 小 有 关 属 于 非 线 性 接 触 问 题 采 用 商 业 有