毕业设计（论文）-圆柱滚子轴承受力有限元分析设计(含全套CAD图纸)

1、本科毕业设计说明书摘要本文圆柱滚子轴承作为研究对象，分析论证了 cad/cae技术在圆柱滚子轴承中的应 用，主要内容如下：1、运用solidworks三维软件建立圆柱滚子轴承的三维模型。然后简化分析模型, 以其中一组滚子轴承为分析对象，作出其三维模型。2、通过solidworks软件和ansys件的无缝连接将简化后的圆柱滚子轴承的三 维模型导入ansys软件中。3、运用ansys软件的强大的有限元分析功能对该圆柱滚子轴承进行网格划分，施 加适当的约束和载荷，对圆柱滚子轴承进行有限元分析，得出其应力和应变云图。在建模和有限元分析过程中，就solidworks三维实体的建模方法、有限元理论 的数学

2、基础、有限元软件ansys、solidworks软件与有限元接口技术、有限元分析 方法的前期后期处理等方面做了研究工作，为后续工作做了较好的技术准备。关键词：圆柱滚子轴承；cad/cae； ansys；有限元分析;abstractin this paper, the cylindrical roller bearing as the research object, analyzes the application of cad/cae technology in high speed cylindrical roller bearing, the main contents are as f

3、ollows:1, using solidworks 3d software to build three-dimensional model of cylindrical roller bearing. then the simplified analysis model, in which a group of roller bearing as an object, the three-dimensional model.2, through the seamless connection with solidworks software and the ansys member wil

4、l be simplified cylindrical roller bearing's 3d model into ansys software.3, using powerful finite element analysis function of ansys software to mesh the cylindrical roller bearings, constraints and load the appropriate, the finite element analysis of the cylindrical roller bearing, the stress

5、and strain nephogram.in the modeling and finite element analysis process, the solidworks three dimensional entity modeling methods, the finite element mathematical theory, the finite element software ansys, solidworks software and finite element interface technology, finite element analysis method o

6、f early and late treatment and other aspects of the research work, prepared for the follow-up work better technology.keywords: cylindrical roller bearing; cad/cae; ansys; finite element analysis;摘 要abstractii1 引言-1 -1有限元方法的国内外研究现状及应用实例1.1.1有限元的发展趋势-1-1.1.2有限元的应用实例-1 -1.2研究意义及目的-2-2有限元法与ansys-3-2.1有限

7、元分析方法概述-3-2.2有限元分析的基本思想-3-2.3 ansys的主要功青g-4-2.4 ansys提供的分析类型-5-3圆柱滚子轴承三维模型创建与有限元模型建立-7-3.1 solidworks 软件简介-7-3.2零件建模-9-3.3模型简化-9-3.4 有限元模型建立-10-3.4.1圆柱滚子轴承材料特性-10-3.4.2圆柱滚子轴承模型导入ansys- 11 -3.3.3定义单元类型-11-3.4.4定义材料属性-12-3.4.5网格划分-13-4ansys 求解-15-4.1创建节点-15-4.2创建内外圈约束-15-4.3加载方法-17-4.4 加载-18 -4.5工框求解-

8、19-4.6求解结果-19-4.6.1应力云图-19-4.6.2应变云图-21 -4.6.3合位移云图-22-5总结和展望-24-5.1 本文所做工作总结-24 -5.2 工作的展望-24-参考文献-26 -致 谢-27 -1引言1.1有限元方法的国内外研究现状及应用实例“有限单元法”这一名称是克拉夫(closolidworksh)在1960年首先引用的。它是 随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它虽然是50年代首先在连续体 力学领域一飞机结构静、动态特性分析中应用过的一种有效的数值分析方法，但是，由于它 所依据理论的普遍性，己经能够成功地用来求解其它工程领域中的许多问题山。

9、随后很快广 泛的应用于求应力场、位移场、电磁场、温度场、流体场等连续性问题。涉及了很多的工程 学科，如机械设计、声学、电磁学、岩土力学、流体力学等。在机械工程领域，有限元被广 泛的应用于机构、振动和传热问题上。1.1有限元的发展趋势纵观当今国际上有限元软件的发展情况，可看出有限元软件的一些发展趋势：与cad软 件的无缝集成；更为强大的网格处理能力；由求解线性问题发展到求解非线性问题；由单一 结构场求解发展到耦合场问题的求解；程序而向用户开放性等。1.1.2有限元的应用实例1地铁振动预测的周期性有限元一边界元耦合模型jones利用有限元一无限元耦合二维模型计算了铁路隧道内及周围土体的动力响应。针

10、 对地铁列车运行引起的隧道结构和自由场中的振动响应问题，提出了一个在频率一波数域内 的三维周期性有限元一边界元耦合的数值模型，此模型中隧道结构采用有限元法计算，自由 场采用边界元法模拟。此模型采用floquet变换，利用隧道和自由场在隧道轴线方向上的周期 性，把无限长的隧道及自由场的网格划分限制在一个基本元内，这样使动力学数值计算的效 率大大提高。利用此模型计算了在隧道底板上施加固定单位谐振荷载情况下隧道一自由场相 互作用系统的动力响应，结果表明此模型可应用于地铁列车运行引起的隧道和自由场中的动 力响应预测。2. 永磁直线同步电机解析分析及有限元验证对永磁直线同步电动机具有边端效应、气隙不均匀

11、、气隙磁场分布复杂、永久磁极几何 尺寸难以确定的问题，给出了单段永磁直线同步电动机气隙磁场的二维解析分析，讨论了电 机的各主要尺寸参数对气隙磁场和性能的影响，提出了永久磁极的设计原则和计算公式，分 析了考虑饱和影响、计及边端效应时分段式永磁直线同步电动机的非线性、不对称、变化的 自感和互感参数的解析计算方法，得到了定子绕组自感和互感系数随动子位置不同时的变化 曲线。有限元数值计算结果表明，导出的分段式永磁直线同步电动机永久磁极的设计计算公 式以及电机变电感参数解析计算公式是适用的。3. 基于响应而的桥梁有限元模型修正采用试验设计和回归分析方法，以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐

12、式函数关系，得到简化的结构模型（meta-model）,给出有限元模型修正过程。针对复杂的土木 工程结构，讨论样木选择、修正参数选取以及如何从众多因素中较合理地建立结构的响应面 模型。用数值模拟算例和六跨连续梁桥环境振动试验结果，实现基于响应面模型的土木工程 结构有限元模型修正，并与传统的基于灵敏度方法直接对结构有限元模型修正结果进行比较。 结果表明，基于响应面方法的有限元模型修正和验证，能显著提高修正的效率，修正过程计 算简洁、迭代收敛快，避开每次迭代都需要进行有限元计算，易于工程实际应用。1.2研究意义及目的安全与节能已经成为现代机械工业的重要主题。任何设计机械重要零部件都是以保证安 全为

13、前提条件的，所以，现代机械工业的首要原则就是保证结构性能的安全性。目前，产品设计一般分为两种：一种是传统设计方法（经验设计法），另一种是现代设计 方法（有限元分析计算法）。由于传统的设计方法所依靠的是经典的经骑公式，需对产品结构 做大量的简化以便进行分析，所以它带有一定的盲冃性，也不能对产品结构的应力分布及刚 度分布进行定量分析。因而达不到产品优化设计的目的。随着现代计算机技术的飞速发展，有限元法已经发展成为一个十分重要的工程计算方法, 应用范围也越来越广。现代设计方法，即有限元分析法，使用有限元分析软件cae软件和 cad软件，两者并用，使设计水平发生了质的飞跃。不仅减少了设计成本，缩短了设

14、计和分 析时间，产品和工程的可靠性也得到了提高，还能在制造产品前预先发现潜伏的问题，进行 各种模拟试验，减少了试验时间和经费，此外，还能进行机械事故分析，查找事故原因。通过本课题的研究，可达到如下目的：（1）学习solidworks, ansys软件，建立产品结构的三维实体模型和有限元模型, 为有限元技术在产品优化设计中的应用奠定基础。（2）对所研究的产品进行静态特性分析，为产品的轻量化设计提供理论支持。2有限元法与ansys2.1有限元分析方法概述有限元法是一种离散化的数值解法，是用于求解各类实际工程问题的方法。应力分析中稳 态的、瞬态的、线性的、非线性的问题及热力学、流体力学、电磁学以及冲

15、击动力学问题都 可以通过有限元法得到解决。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儿乎所有的科 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。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（closolidworksh） 教授形象地将其描绘为：“有限元法二rayleigh ritz法+分片函数”，即有限元法是rayleigh ritz法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）

16、满足整个定义域边界条件的允许函数的rayleigh ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单 元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法 的原因之一2.2有限元分析的基本思想有限元分析（fea, finite element analysis）的基本思想是用较为简单的问题代替比较复 杂的问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互联子域组成，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

17、简单的问题所替代。 由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元法不仅计算精度高，而且能适应各种复杂情 况，因而有限元分析成为行之有效的工程分析手段。有限元法的基本思想可归结为两个方面，一是离散，二是分片插值。离散就是将一个连续的求解域人为地划分为一定数量的单元，单元又称网格，单元之的 连接点称为节点，单元间的相互作用只能通过节点传递，通过离散，一个连续体便分割为由 有限数量单元组成的组合体。离散的目的就是将原来具有无限自由度的连续变量微分方程和 边界转换条件转换为只包含有限个节点变量的代数方程组，以利于用计算机求解。有限元法的离散思想借鉴于差分法，但做了适当改进。首先，差分法是对计算对象的 微

18、分方程和边界条件进行离散，而有限元法是对计算对彖的物理模型本身进行离散，即使该 物理模型的微分方程尚不能列出，但离散过程依然能够进行。其次，有限元法的单元形状并 不限于规则网格，各个单元的形状和大小也并不要求一样，因此在处理具有复杂几何形状和 边界条件以及在处理具有像应力集中这样的局部特性时，有限元法的适应性更强，离散精度 更咼。变分法是在整个求解域用一个统一的试探函数逼近真实函数，当真实函数性态在求解域 内趋于一致时，这种处理是合理的。但如果真实函数的性态很复杂，再用统一的试探函数就 很难得到较高的逼近精度，或者说要得到较高的精度就需要阶次很高的试探函数。同时由于 不能在求解域的不同部位对试

19、探函数提出不同的精度要求，往往由于局部精度的要求问题的 求解很困难。所以这类方法一般用于求解函数交规则和边界条件较简单的问题。分片插值的思想是有限元法与里兹法的一个重要区别，它是针对每一个单元选择试探函 数（也称插值函数），积分计算也是在单元内完成。由于单元形状简单，所以容易满足边界条 件，u用低阶多项式就可获得整个区域的适当精度。对于整个求解域而言，只要试探函数满 足一定条件，当单元尺寸缩小时，有限元就能收敛于实际的精确解。从以上分析可知，有限元法是差分法的一种发展，又可以看成是里兹法的一种新形式。 它兼顾了两者的优点，同吋克服了各自的不足，因而具有更大的优越性和实用性。2.3 ansys的

20、主要功能ansys有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，目前，有限元法从它最 初应用的固体力学领域，已经推广到温度场、流体场、电磁场、声场等其他连续介质领域。 在固体力学领域，有限元法不仅可以用于线性静力分析，也可以用于动态分析，述可以用 于非线性、热应力、接触、蠕变、断裂、加工模拟、碰撞模拟等特殊问题的研究。软件主要 包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模 型。ansys的前处理模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。分析计算模块分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分

21、析和高度非线性分析）、流体动 力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介 质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。后处理模块后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立 体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果 以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了 200种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种 结构和材料。2.4 ansys提供的分析类型ansys软件提供的分析类型如下结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响 并不显著的问题。ans

22、ys程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性 分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析l，0j,jo结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动 力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响o ansys可进行的结构动力学 分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。结构非线性分析结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ansys程序可求解静态和瞬 态非线性问题，包括材料非线性、儿何非线性和单元非线性三种问。动力学分析结构动力学分析研究结构在动载荷作用的响应（如位移、应力

23、、加速度等得时间历程）， 以确定结构的承载能力的动力特性等。ansys程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积 累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由 此产生的应力、应变和变形。热分析程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳 态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力 以及模拟热与结构应力之间的热一结构耦合分析能力。电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分 布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁

24、体、 加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。流体动力学分析ansys流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是 每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分 布的图形显示。另外，还可以使用三维表而效应单元和热一流管单元模拟结构的流体绕流并 包括对流换热效应。声场分析ansys把声学归为流体，程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或 分析浸在流体中的同体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音 乐人厅的声场强度分布冋，或预测水对振动船体的阻尼效应。压电分析压电效应分析是一种结构一电场耦合分

25、析，给压电材料加电压会产生位移，反之使压电 材料振动则产生电压，一个典型的压电分析的应用是压力换能器。ansys压电分析用于分析 二维或三维结构对ac （交流）、dc （直流）或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这 种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能 分析。可进行四种类型的分析：接触非线性分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析1,0111 o3圆柱滚子轴承三维模型创建与有限元模型建立3.1 solidworks 软件简介首先我要对solidworks进行介绍一下，它是一种先进的，智能化的参变量式cad设计 软件，在业界被称为“3d机械设计方

26、案的领先者”，易学易用，界面友好，功能强大，在机 械制图和结构设计领域，掌握和使用solidworks已经成为最基本的技能之一。与传统的2d机械制图相比，参变量式cad设计软件具有许多优越性，是当代机械制图 设计软件的主流和发展方向。传统的cad设计通常是按照一定的比例关系，从正视，侧视, 俯视等角度，根据投影，透视效果逐步绘出所需要的各个单元，然后标注相应尺寸，这就要 求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化，儿 何图形的尺寸不会同步变更；如果改变了几何图行，其标注尺寸也不会发生变化，还要重新 绘制，标注，因此绘图工作相当繁重。参变量式cad设计软件，是参

27、数式和变量式的统称。在绘制完草图后，可以加入尺寸等 数值限制条件和其他几何限制条件，让草图进入完全定义状态，这就是参数式模式。由于软 件自动加入了关联属性，如果修改了标注尺寸，儿何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时 不充分的限制条件，让草图处于欠定义状态，这就是变量式操作模态。美国solid works公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，公司宗旨是 使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新cad/cae/cam/pdm系统, 公司主导产品是世界领先水平的solid works软件。90年代初，国际微机市场发生了根本性的变化，微机性能大幅提高，而价格一路下滑， 微

28、机卓越的性能足以运行三维cad软件。为了开发世界空白的基于微机平台的三维cad系 统，1993年ptc公司的技术副总裁与cv公司的副总裁成立solidworks公司，并于1995年 成功推出了 solidworks软件，引起世界相关领域的一片赞叹。在solidworks软件的促动下， 1998年开始，国内、外也陆续推出了相关软件；原来运行在unix操作系统的工作站cad 软件，也从1999年开始，将其程序移植到windows操作系统中。由于solidworks出色的技术和市场表现，不仅成为cad行业的一颗耀眼的明星，也成 为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值

29、将solidworks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以原来一千三百万美元的风险投资，获得了高额 的回报，创造了 cad行业的世界纪录。并购后的solidworks以原来的品牌和管理技术队伍 继续独立运作，成为cad行业一家高素质的专业化公司。功能描述(1) 、top down(自顶向下)的设计(2) 、down top (自下向上)的设计(3) 、配置管理(4) .易用性及对传统数据格式的支持(5) 零部件镜像(6) .装配特征(7) .工程图(8) . edrawingsolidworks模形由零件，装配体和工程图等文件组成，没有生成零件z前的图纸称为草 图。由2d, 3d草图直接

30、生成3d模形和工程图吋，如果修改了草图的标注尺寸，其3d模形 和工程图会同步更新；相反，如果修改了工程图的标注尺寸，其3d模形和草图也会同步更 新。软件使用起来非常方便，大大减少了设计人员的工作量，提高了工作效率。通常，从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始，绘制草图、生成基体特征、然 后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始，编辑 特征，生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法，也就是自下而上的设计方法。草图绘制从零件文件开始，对于一个新的产品设计，要首先建立零件文件。由于零件、装配体及工程图的相关性，所以当其中一个视图改变时，其他两个视图也会 自动改

31、变。solidworks2012允许自定义功能，选择菜单栏屮的“工具” “选择”命令，可以显示.定义” 系统选项”和”文件属性”选项卡.solidworks2012可以自动保存工作启动恢复功能可以自动保存零件，装配体或工程图文 件的信息,在系统死机时不会丢失数据.如果设定此选项，则选择”工具” 选项”菜单命令. 在”系统选项”选项卡上,单击”备份”选项,选择”每(n)次更改后，自动恢复信息”复选框，然 后设定信息自动保存前应发生的变更次数.solidworks2012具有很强的文件交换功能，可以输入，输出数十种文件格式,可以与 autocad, pro/engineer,solid edge,

32、cam等软件很方便地进行文件交换。solidworks2012在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。可将网格线与模型边线对齐，还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在solidworks2012屮不太使用, 因为solidworks是参变量软件，尺寸和几何关系已提供了所需的精度。3.2零件建模在solidworks屮，圆柱滚子轴承的形成比较容易实现，可以通过草图绘制出圆柱滚子轴 承的外形，然后通过拉伸得出圆柱滚子轴承的的三维模型如图31所示。图31圆柱滚了轴承三维图3.3模型简化本次有限元分析是分析轴承内外圈和滚子的接触应力，然后整个滚子轴承整体分析数据 量太大，分析可能需要几十个

33、小吋，因此需要对整个分析模型进行简化，我们以其中一对滚 子接触为分析对象，简化后的模型如下图32所示：图32简化后的分析模型3.4有限元模型建立应用solidworks软件对圆柱滚子轴承进行三维建模，通过solidworks软件和 ansys软件的无缝连接将模型导入ansys中去，用ansys自带的网格划分功能进行网格 划分，对有限元模型添加载荷及约束，进入求解器求解，在后处理模块中检查结果。3.4.1柱滚子轴承材料特性冃前，圆柱滚子轴承的材料应用最多的是16mn钢（轴承钢）o 16mn钢的合金含量较少,综合性能好，低温性能好，焊接性能和可切削性能良好，广泛的应用在桥梁、锅炉、起重运 输机械和

34、其他较高载荷的焊接结构件中。它的物理性能如下：弹性模量e=2.0x10npa材料密度p =7850kg/m3泊松比口二0.3最小屈服极限360mpa最小抗拉强度510mpa最大抗拉强度610mpa3.4.2圆柱滚子轴承模型导入ansys通过solidworks软件与ansys软件之间的无缝连接将三维实体模型导入ansys, 形成ansys模型，具体操作为：file-import-solidworks,选择三维实体模型，即可将 模型导入ansys软件。将模型显示为实体：plotctrls-style-solid model facets,导入模型对 话框如下图所示：图3-3导入模型3.3.3定义

35、单元类型实际工程中的结构是千变万化的，为了方便模拟，ansys为用户提供了几十种单元用于 结构分析，而选取恰当的单元类型是顺利进行有限元分析的重要一步。单元类型的选取，既 要充分反映结构的力学特性，也要尽可能的选取简单的单元，使模型计算时简单又节约计算 费用。ansys软件屮，常用的单元类型有solid实体单元、shell板壳单元等。本文选用solid 186 单元。相对于3d, 8节点的solid45单元来说，solidl86单元更为高级，solidl86单元由20 个节点定义，每个节点有三个自由度，为节点在x, y, z方向的平移自由度。它能够吸收不 规则形状的单元而没有精度损失，还有可并

36、立的位移形状，对于曲线边界的模型能很好的适 应。solid 186单元有塑性、蠕变、应力刚度、大变形及大应变能力。solid 186单元的示意图 如图3-4所示。tetrahedral optionpyramid optionprism option图 3-4 solidl86 单元定义单元类型的具体操作为：main menu-*preferences-*element type* add/edit/delete, 在弹出的对话框中点击add,弹出library of element types对话框，选择solid20node i860 如图35所示。图35选择单元类型对话框3.4.4定义材

37、料属性具体操作：main menupreprocessor-*material props-*material models,在弹岀的对话框 中选择 structural_* linear-*elastic-* isotropic,设置材料的弹性模量 ex 为 2.0e5mpa,泊松比 prxy 为 0.3。定义材料密度：structural->linear-elastic->density,设置材料的密度 dens 为 7.85e-9 吨/毫米？，具体如图36, 37所示。qlinear isotropic properties for linear isotropic hate

38、rial properties for material number 1t1temperatures 02e+011exprxy|o3add temperature i delete temperature igraph j图3-6弹性模量和泊松比定义框图37密度对话框材料属性定义完毕，点击material-exit,退出材料属性定义。3.4.5网格划分在 前两步 的基础上划分 网格：main menu preprocessor meshing meshtool,在 meshtool对话框中勾选smart size,选择8级精度，点击mesh按钮，出现mesh volumes对 话框，点击p

39、ick all,点击ok。如图38所示。划分网格完成后后的模型如图39所示。esh volumes图38划分网格对话框1elementsansysmay 18 2014 20:51:03file： e:ansyszc_feml.x_tpick("unpicksingle广“ boxpolygonf circle广 loopcount;=0maximum =1minimwr. =1volu no.='* list ofitems厂 minr max.incii图39划分网格结果4 ansys求解4.1创建节点为了能得岀解并且唯一，必须对圆柱滚子轴承进行约束，其约束条件取决于工况

40、。各个 节点如图41所示。表4-1创建节点4.2创建内外圈约束在建好的模型中选择所有节点，约束“gx”“nq”、“wq”方向的自由度；然后创建内 外圈约束如下图42 , 4-3所示。gj contact manager图42内圈约束1elementstype numansysmay 18 201420:59:37standardflexiblesurf&ce-to-surf&ce no pilot0 3113|contact & target 创 kj 弋| 癡 si 耐|no model contextz i oliloose a result itemjcontac

41、t pairs®|id|contact behavioritargeticontactipilot nodjpilot nameibl3standardflexiblesurface-to-surfaceno pilotstandardflexiblesurface-to-surfaceno pilot-丿lu图43外圈约束4.3加载方法加载的具体操作为：main menu-*preprocessor-loadsdefine loads-*apply-*structural f displamentf on keypoints,弹出一对话框，输入关键点编号，点击ok,继而弹岀appl

42、y u,rot on kps对话框，如图44所示，选择与关键点相应的约束即可。其中，关键点编号可 通过以下操作查看：plotctrls-*numbering,弹出 plot numbering controls w口,将 keypoint numbers设为on即可。还可以通过该窗口显示模型节点编号，只需将node numbers设为on 即可。如图45所示。图4-4选取关键点o xr i-xxc;c onx x* o 3l s图4-5查看关键点编号4.4加载显示模型所有节点编号，记下圆柱滚子轴承受力点，在这些点处施加载荷。具体操作如 下：main menu f preprocessorloa

43、ds define loadsapplystructural force/moment on nodes,弹出选取节点的对话框，输入受力的节点编号，点击ok,出现apply f/m on nodes 对话框。载荷方向均选mx,载荷大小为负值，表示圆柱滚子轴承受到的力是x方向的。如 图4-6所不：1elementscpansysmay 18 2014 19:14:56file: e: ansyszhoucheng_fem x_t图4-7加载4.5工框求解(3)工况求解及结果分析工况加载完毕后，就要对模型进行求解，具体操作如下：main menuf solutionsolve current ls

44、o i4i现信息窗口和一个对话框，检查信息窗口，确认无误，点击ok,系统开始计 算，约五分钟后出现” solution is done "，点击ok。求解完毕，查看计算结果：main menugeneral postprocplot resultscontour plot-* nodal solu,岀现对话框，在uitems to be contoured一栏中选择“stress”，在右边的栏中 选择“vonmisesseqv”,点击ok,显示有效应力云图。在“items to be contoured” 一栏中选 择 “dof solutiort栏卜的 displacement v

45、ector sum,则显示应变云图。4.6求解结果4.6.1应力云图更具上诉步骤得求解下的x方向的应力云图如图47/48所示:nodal solutionstep=1sub =999999 time=1seqv(avg)dmx =.0037 smx 二.687e+11anmay 19 201420:27:110.153e+11305e+11458e+11.611e+11.763e+10.229e+11382e+11534e+11687e+11file： e:ansyszc_fem x_t图4-7 x方向上应力云图方向1nodal solutionstep=1sub =999999 time=1

46、seqv(avg)dmx =.0037 smx 二.687e+11anmay 19 201420:30:070.153e+h.305e+11 458e+11 611e+11.763e+10-229e+11.382e+11.534e+11687e+11file： e:ansyszc_femx_t图48 x方向上应力云图方向24.6.2应变云图更具上诉步骤得求解下的x方向的应变云图如图49到4-10所示:nodal solutionstep=1sub =999999 ti!4e=1epeleqv (avg> dmx =.0037 smx =.529957anmay 19 201420:28:

47、01.117768.235537.471073.353305.058884.176652294421.412189529957file： e:ansyszc fem.x t图410 x方向应变云图方向1nodal solutionstep=1sub =999999time=1eptoeqv (avg) dmx =0037smx =.529957may 19 201420:30:53file:0117768.235537.353305.471073.058884.176652.294421.412189529957e: ansyszc_fem图4-11 x方向应变云图方向24.6.3合位移云图更

48、具上诉步骤得求解下的x方向的合位移云图如图4-12到4-13所示:nodal solutionstep=1sub =999999time=1usum(avg)rsys=0dmx =0037smx =.0037anmay 19 201420:28:440822e-03.001644002467411e-03.001233.002056003289 .002878.0037file： e:ansyszc_femx_t图410 x方向合位移云图方向1nodal solutionstep=1su3 =999999tible=lusum(avg)rsys=0dmx =0037smx =0037may 1

49、9 2014 20:29:280822e-03001644411e-03001233002467.002056.003289.002878.0037file： e:ansyszc_femx_t图4j1 x方向合位移云图方向2分析结果表明，圆柱滚子轴承总体上有较好的强度和刚度特性。说明本次设计的圆柱滚 子轴承模型的结构合理，材料选择合理。5总结和展望5.1本文所做工作总结本文利用solidworks软件建立了圆柱滚子轴承的3d模型，并在ansys环境下利用有 限元分析方法对之进行了接触非线性分析，木文主要工作如下：(1) 对有限元的国内外研究现状进行了分析。(2) 圆柱滚子轴承三维几何模型。(3

50、) 用对圆柱滚子轴承进行了智能网络划分，定义了边界约束条件，建立了圆柱滚子轴 承有限元模型。(4) 对圆柱滚子轴承进行了静态特性分析。分析结果表明，圆柱滚子轴承总体上有较好 的强度和刚度特性。说明本次设计的圆柱滚子轴承模型的结构合理，材料选择合理。通过圆柱滚子轴承在本次施加载荷的有限元模拟，可以很方便地知道圆柱滚子轴承各点 应力分布的情况及最大应力点的位置，预估产品的刚度和强度。在现实的生产设计活动中， 使用cad/cae方法设计汽车圆柱滚子轴承，具有耗吋少，效率高，耗资少，变型方便，计算 结果全面且详尽，劳动强度低等传统设计方法不具备的优点。综观整个设计，由于自身能力 有限，加之时间仓促，还存在下列不足之处：(1) 未能在不同载荷下进行分析；(2