基于ANSYS的軸承座的有限元分析

1、基于ANSYS的軸承座的有限元分析摘要：本文利用ANSYS14.0對軸承座的強度進行有限元分析。通過三維實體建模，設(shè)置單元類型，設(shè)置材料參數(shù)，網(wǎng)格劃分控制，施加載荷約束建立軸承座的有限元模型，然后對軸承座進行求解，得出應(yīng)力，位移分布圖和變形圖，繼而對其進行強度分析，找出結(jié)構(gòu)最易破壞的地方。最后的計算結(jié)果表明該軸承座符合強度設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：有限元分析、軸承座1.引言軸承座可以為軸提供支撐，并且承受軸傳遞的各種載荷。一個可靠的軸承座對于減輕軸的偏心振動，保證設(shè)備的正常性能具有重要作用。但由于軸承座形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)的解析法無法較為精確地計算其性能。所以使用有限元分析軟件ANSYS，對汽車上的某軸承座

2、的承載特性進行有限元分析。2.建立有限元模型該軸承座采用普通碳鋼Q235，彈性模量E=2.01E11，泊松比u=0.3。沉孔上受到徑向推力為1000psi（6.89MPa)，安裝安裝軸瓦的下表面受到向下作用力5000psi（34.45MPa)。Q235的屈服極限為34808psi（240MPa)。2.1在ANSYS14.0中建立三維實體模型在ANSYS中建立實體模型時，主要有自底向上和自頂向下兩種方法。根據(jù)該軸承的結(jié)構(gòu)特點，采用自頂向下的建模方法，并且綜合運用工作平面的平移、旋轉(zhuǎn)，布爾運算，鏡像等方法生成軸承座的實體模型。模型的創(chuàng)建過程大致分為以下三步。第一步進行基座的創(chuàng)建，如圖1所示。圖1

3、軸承座基座第二步進行支撐部分的創(chuàng)建，如圖2所示。圖2 軸承座支撐部分第三步進行肋板的創(chuàng)建，并且通過鏡像完成軸承座三維實體的創(chuàng)建，見圖3。圖3 軸承座三維模型2.2網(wǎng)格劃分2.2.1設(shè)置單元類型在有限元分析過程中，對于不同的問題，需要應(yīng)用不同的特性單元，所以選擇合適的單元對于有限元分析非常重要。在此我們選擇Solid187單元，它是三維10節(jié)點四面體結(jié)構(gòu)實體單元，每個四面體邊的中點也是節(jié)點，其中每個節(jié)點具有3個自由度，具有空間的任意方向。過程如圖4所示。圖4 單元類型的設(shè)置2.2.2設(shè)置材料參數(shù)假設(shè)為同性線彈性材料，彈性模量為2.01e11，泊松比為0.3，設(shè)置如圖5所示。圖5 材料參數(shù)設(shè)置2.

4、2.3網(wǎng)格劃分控制網(wǎng)格劃分的過程就是結(jié)構(gòu)離散化的過程，通常劃分的單元越多越密集，就越能反映實際結(jié)構(gòu)狀況，計算精度越高，計算工作量越大，計算時間越長。本文采用ANSYS提供的Smart Size工具自由劃分網(wǎng)格，其中劃分水平值選擇4，一共劃分的單元數(shù)目為8349，節(jié)點數(shù)目為14130。網(wǎng)格劃分過程如圖6所示，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖7所示。圖6 網(wǎng)格劃分控制圖7 網(wǎng)格劃分結(jié)果2.3載荷約束的施加此軸承座中4個安裝孔徑向?qū)ΨQ約束，底部Y向約束；沉孔上受到徑向推力為1000psi，安裝安裝軸瓦的下表面受到向下作用力5000psi。由于在實際作業(yè)中，軸承座所承受的載荷遠大于其自重，所以不考慮其對應(yīng)力應(yīng)變的影響

5、。首先對四個安裝孔進行徑向?qū)ΨQ約束，如圖8所示。圖8 安裝孔的徑向?qū)ΨQ約束第二步對基座底部施加位移約束，（UY=0）如圖9所示。圖9 基座底部位移約束（UY=0）第三步在軸承孔圓周上施加徑向推力載荷，值為1000psi，在軸承孔的下半部分施加徑向壓力載荷，此載荷是由于受重載的軸承受到支撐作用而產(chǎn)生的，施加好約束的軸承座模型如圖10所示。圖10 施加好約束的軸承座模型3.計算結(jié)果和分析進入ANSYS求解模塊（/SOL），選擇默認的波前法求解器進行軸承座的靜態(tài)線性分析。結(jié)構(gòu)分析完成后可以進入通用后處理器（/POST1）或時間歷程后處理器（/POST26）瀏覽分析結(jié)果。在靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析中，可以顯示位移

6、和應(yīng)力分布情況。3.1軸承座的變形情況該變形圖描繪出變形后的結(jié)構(gòu)和未變形的結(jié)構(gòu)邊界，如圖11所示。圖12顯示出節(jié)點的位移矢量分布情況?？梢苑治龅贸鲎冃屋S承座由軸承孔上部到基座，變形程度逐漸減小，上部變形程度最大。圖11 軸承座變形圖圖12 軸承座的位移矢量分布3.2軸承座的強度分析如圖13顯示出軸承座的應(yīng)力分布情況，該應(yīng)力為節(jié)點的Von Mises等效應(yīng)力。Von Mises是一種屈服準則,屈服準則的值我們通常叫等效應(yīng)力。Ansys后處理中"Von Mises Stress"我們習(xí)慣稱Mises等效應(yīng)力，它遵循材料力學(xué)第四強度理論(形狀改變比能理論)。圖13 軸承座的應(yīng)力分布從圖13中可以分析得到軸承座的最大的等效應(yīng)力出現(xiàn)在肋板上端與軸承座相接觸的區(qū)域和軸瓦孔下表面區(qū)域，即圖中亮區(qū)，其中的最大等效應(yīng)力值為11547.2psi，約為80Mpa，遠小于材料的屈服極限，所以該軸承座符合強度設(shè)計要求。4.總結(jié)應(yīng)用ANSYS 軟件選擇合理的單