滾動軸承ANSYS分析陳強(qiáng)

接觸力學(xué)實訓(xùn)基于ANSYS深溝球軸承有限元分析設(shè)計深溝球軸承實物圖如圖所示，以6300為例進(jìn)行分析：材料選擇GCr15制造，該型號的幾何參數(shù)為：外徑D為060,內(nèi)徑d為010，寬度B為11，鋼球直徑Dw為06.4，接觸角a為零，鋼球的數(shù)量z為7個，材料參數(shù)彈性模量E=30700MPa，泊松比u=0.3。接觸面的應(yīng)力為3472N.觀察深溝球軸承接觸面的應(yīng)力。1.建立模型（1）定義文件名：utilityMenu==File==zhoucheng,彈出如圖1-3所示的choucheng對話框，在Enternewjobname文本框中輸入Bearing，并將Newloganderrorfiles復(fù)選框選為yes，點擊OK按鍵。

圖1-3命名對話框圖1-1ANSYS開始界面八ANSVSMultiphysicsUtilityMenu(zhc圖1-3命名對話框FileSelectListPlotFloCl已；*&St；*tNew...「Ch；mgeJobn；airie...F-Ch；jngeDirectory...Ch；itigeTitle...KResi-iineJobninirie.db...Resi.uriefrom...戶SaveasJobiTime.dbSaveas...WriteDElogfile...ReadInputfroni...SwitchOutputtoListFileOperations瀟圖1-另命名命令…ImportExport...:定義單元類型：MainMenu==Preprocessor==ElementType==Add/Edit/Delete,彈出ReportGeneratox?...,一一一一，，,，、—，一一———，，ElementTypes對話框，如圖1-4展現(xiàn)的，點擊Add按鈕，出現(xiàn)1-5所示的LibraryofElementTypes「對話框，點擊選擇-StructuralSolid和Brick8node185，點擊OK按鍵，然后點擊ElementTypes對話框出現(xiàn)的close按鍵，退出。ANSYSMainMenuEPreferences日Preprocessor日ElementType國固SwitchElemTypedd/Edit/DeleteAddDOFEPreferences日Preprocessor日ElementType國固SwitchElemTypedd/Edit/DeleteAddDOFERemoveDOFsElemTechControlRealConstantsMaterialPropsSectionsModelingMeshingCheckingCtrlsNumberingCtrlsArchiveModelCoupling/CeqnFLOTRANSetUpMulti-fieldSetUpLoadsPhysicsPathOperations國E國國國國國國國EEEEEE田田mSolutionGeneralPostpr圖1-4ElementTypes對話框TimeHistPostpronriirtiErick8node185BrickErick8node185Brick8node18520node136concret&5Quad4node1S2Rnode1.83LibraryofElementTypesLibraryofElementType;ElementtypereferencenumberOKApplyCancelHelp圖1-5LibraryofElementTypes對話框:定義材料性質(zhì)：MainMenu==Preprocessoe==MaterialProps==MaterialModels，出現(xiàn)如圖1-7所示的DefineMaterialModelBehavior對話框，在MaterialModelsAvailable出現(xiàn)的選項中依次點擊Structural==Linear==Elastic==Isotropic，出現(xiàn)如圖1-8所示LinearIsotropicPropertitiesforMaterial對話框，在EX框中輸入3E006，在PRXY框中輸入0.3，點擊OK按鍵。然后退出對話框。

園Preferences日PreprocessorSElementType田RealConstants日MaterialPropsSMaterialLibraryTemperatureUnitsEElEctromagUnitsateriallodels園Convertateriallodels園ChangeMatNum田FailureCriteria國WritetoFileSReadfromFileSSectionsSModeling田Meshing田CheckingCtrls田NumberingCtrlsSArchiveModelSCoupling/CeqnSFLOTRANSetUp□Multi-fieldSetUp田L(fēng)oadsSPhysics田PathOperationsSSolution國GeneralPostproc國TimeHistPostpro田ROMToolADefineMaterialModelBehavior[u>|(SJ圖1-6定義材料命令圖1-7DefineADefineMaterialModelBehavior[u>|(SJ圖1-6定義材料命令圖1-7DefineMaterialModelBehavior對話框(4):使偏移工作平面到指定位置：從應(yīng)用菜單中選擇Utility==WorkPlane==OffsetWPto==XYZLocations+。出現(xiàn)設(shè)置點對話框，在ANSYS內(nèi)輸入0,0，-5.5，點擊OK按鍵，如圖1-10出現(xiàn)的。

圖1-9給定位置的命令圖1-10偏移工作平面圖1-11HollowCylinder，命令(5):夕卜環(huán)：MainMenu==Preprocessoe==Modeling==Create==Vblumes==Cylinder==HollowCylinder,出現(xiàn)如圖1-12所示的HollowCylinder對話框，在WPX后面輸入0,WPY框中輸入0,RAD-1框中輸入17.5,RAD-2框中輸入13.8，在圖1-9給定位置的命令圖1-10偏移工作平面圖1-11HollowCylinder，命令鍵。FPickLUnpickUPX=Y=GlobalFPickLUnpickUPX=Y=GlobalX=￥=Z=WPX0WPY0Rad-117.5Rad-213.8Depth11八HollowCylinderVOLUMESTYPENUMANAPR23201410:26:072?__1ApplyResetCancelHelp圖1-12HollowCylinder對話框analysis圖1-13內(nèi)外環(huán)模型(6)：內(nèi)環(huán):在出現(xiàn)的HollowCylinder對話框中，WPX后面輸入0,WPY同樣輸入0,RAD-1框中輸入9.7,RAD-2框中輸入5，在Depth框中輸入11，點擊OK按鍵，繪制出如圖1-13的圖形。(7)：恢復(fù)原始位置工作平面：在應(yīng)用菜單中點擊UtilityMenu==WorkPlane==OffsetWPto==GlobalOrigin，恢復(fù)原始工作平面完成。WorkPlaneParametersMacroMenuCtrlsHelp圖1-14恢復(fù)工作平面命令orusorus(8):繪制圓環(huán)：MainMenu==Preprocessoe==Modeling==Create==Vblumes==Torus,出現(xiàn)如圖1-16所示的CreateTorusbyDimensions對話框，在RAD1框中輸入3.2，在RAD2框中輸入0，RADMAJ框中輸入11.75，點擊OK按鍵，確定。EPreferences日Preprocessor0ElementTypeSRealConstants0MaterialPropsESections日Modeling日CreateEKeypointsELinesEAreas日VolumesEArbitrarySBlockSCylinderSPrismSSphereEConeENodesEElementsContactPairECircuitRacetrackCoilETransducers田Operate田Move/ModifySCopy0ReflectECheckGeom1J圖1-15圓環(huán)命令圖1-16CreateTorusbyDimensions對話框圖1-15圓環(huán)命令(9):在內(nèi)外環(huán)中減去圓環(huán)從而形成滾珠軌道。在主菜單中選擇MainMenu==Preprocessoe==Modeling==Operate==Booleans==Subtract==Volume。在圖形中選擇拾取外環(huán)和內(nèi)環(huán)，作為用布爾來減的母體，點擊Apply按鍵。在圖形窗口中選擇拾取繪制的內(nèi)環(huán)作為減去的對象，點擊OK按鍵，得到如圖1-19所示的結(jié)果。

Preferences-PreprocessorEElementTypeERealConstantsEMaterialPropsESections日ModelingECreate日OperateEExtrude必ExtendLine日BooleansEIntersectEAdd日Subtractrolumes必Areas必LinesEWithOptionsEDivideEGlueEOverlapEPartition閆SettingsEShowDegeneracy圖1-黔VolumesrolumesECalcGeomItemsEMove/ModifyECopyiVOLUMESTYFENUM^■449形成滾柱軌ANAPR23201414:15:58iVOLUMESTYFENUM^■449形成滾柱軌(10)：繪制滾珠：MainMenu==Bieprocessoe==Modeling==Create==V)lumes==Sphere==Solic.Sphere，出現(xiàn)如圖1-21所示的SolidSphereM^BT在WPX框中輸入0,WPY框中輸入-11.75,Radius框中輸入3.2,點擊OK按鍵。出現(xiàn)如圖1-22所示的結(jié)果。ANSYSMainMenuPreferencesPreprocessorElementTypeRealConstantsMaterialPropsSectionsModeling日CreateSss日Ssss日KeypointsLinesAreasVolumesSsss日ArbitraryBlockCylinderPrismSphere見SolidSphereHollowSphere必BvEndPointsByDimensionsEConeETorusENodesEElements割記Sphere命令RacetrackCoil圖1-21SolidSphere對話框(Menu==WorkPlane==ChangeActiveCSto==GlobalCylindrical(12)：沿周向方向復(fù)制滾珠。在主菜單中選擇MainMenu==Preprocessoe==Modeling==Copy==Vblumes。選擇剛才繪制的滾珠，如圖1-24所示。ANSYS會提示復(fù)制的數(shù)量和坐標(biāo)的偏移度數(shù)，在Numberofcopies框中輸入7,在Y-offsetinactiveCS框中輸入51.42857，點擊OK按鍵，如圖1-25所示。號Preferences3PreprocessorEElementTypeERealConstantsElMaterialProps田Sections日Modeling田CreateSOperate0Move/Modify日Copy密Keypoints冽Lines昇AreasVOLUMESTYPENUMolumes刀LineMesh密AreaMesh田ModesEElements田ReflectSCheckGeom0Delete田CyclicSectorSCMSSGenlplanestrn|E^TT1.r*[VGEN]CopyVolumes1ITIMENumberofcopies-71-includingoriginal1DXX-offsetinactiveCS1DYY-offsetinactiveCS1DZZ-offsetinactiveCS51428751KINCKeypointincrement1NOELEMItemstobecopiedOK|Apply|CancelVolumesandJmeshHelp1]—圖1-25輸入復(fù)制的數(shù)量和坐標(biāo)(13).使用體編號顯示：UtilityMemu==PlotCtrls==Numbering,出現(xiàn)PlotNumberingControls對話框，在COLUVolumenumbers后面點擊顯示為ON，如圖1-27所示，點擊OK按鍵。圖1-26復(fù)制完成的圖形(15)保存結(jié)果：點擊工具框中的SAVE-DB按鍵，建立模型結(jié)束。2.對軸承的網(wǎng)格劃分。.在主菜單中選擇MainMenu:Preprocessor==Meshing==MeshTool的命令，打開MeshTool工具，出現(xiàn)圖示2-1。MeshToolElementAttributes:|GlobalSet?SmartSize□□Fine3CoarseSizeControls:GlobalMeshToolElementAttributes:|GlobalSet?SmartSize□□Fine3CoarseSizeControls:GlobalSetClearAreasSetClearLinesSetClearSpyIFlipLayerSetClearKeyptsSetClearMesh:|Volumes_LdShape:'■*TetHex(*FreeLMappediSweepMeshVolumesFickHUnpick(*SingleLPolygon(廠Loop'Box'Circle0CountMaKinnumMinimumVoluNd.ListofItems廠Min,Max.Inc圖2-1網(wǎng)絡(luò)工具33or4sidedMeshClearmartSize復(fù)選框，然后向左拉動到三的滑塊，然后選擇是1限掘域中出現(xiàn)的Volumes，’點擊Mesh，選取面選擇對話框，選定要劃分?jǐn)?shù)的體。點擊PickAll按鍵，出現(xiàn)如圖2-2所示MeshClearFlefineat:|ElementsRefineHelpClose

圖2-3對體劃分的結(jié)果(3).對網(wǎng)格的優(yōu)化：UtilityMenu==PlotCtrls==Style==SizeandShape,出現(xiàn)如圖2-5所示的SizeandShape對話框，在【EFACET】Facets/elementedge框中列表下拉找到并選擇2facets/edge，點擊OK按鍵。Help圖2-3對體劃分的結(jié)果PlotCtrlsWorkPlaneParametersMacroMenuCtrlsHelpPanZoomRotateViewSettingsStyleHiddenLineOptionsFontControlsWindowControlsEraseOptionsSiz已a(bǔ)ndShap已EdgeOptionsAnimateAnnotationContoursGraphsStyleFontControlsWindowControlsEraseOptionsSiz已a(bǔ)ndShap已EdgeOptionsAnimateAnnotationContoursGraphsColorsDeviceOptions..RedirectPlotsHardCopyLightSourceTranslucencyTexturing2-4SavePlotCtrls.RestorePlotCtrlsResetPlotCtrls口網(wǎng)格優(yōu)化命令backgroundMuitilegendOptionsFloatingPointFormatCaptureImage...RestoreImage...WriteMetafileDisplacementScaling...V已ctorArrowScaling...1F__1-L."T"I"IL廠I1ShellNormals...SolidModelFacets(1).對目標(biāo)面的創(chuàng)建：MainMenu：Preprocessor==Modeling==Create==ContactPair，出現(xiàn)如圖3-2所示的ContactManager的對話框，點擊ContactWizard按鍵(在對話框左上角)。出現(xiàn)如圖3-3所示的ContactWizard對話框，選取默認(rèn)選項，點擊PickTarget按鍵，出現(xiàn)一個選取框，在繪制的圖形上點擊拾取外環(huán)的軌道槽，出現(xiàn)圖3-4，點擊OK按鍵。ontactPair圖3-2ContactWizard對話框囹ontactPair圖3-2ContactWizard對話框EElementTypeERealConstantsEMaterialPropsESections日Modeling曰Create田Keypoints田L(fēng)inesEAreas田Volumes田Nodes田Elements田CircuitRacetrackCoil田Transducers田Dp&rat佇田Move/Modify田Copy田Reflect田CheckGeom田DeleteSCyclicSector圖曰“ContactPair命令Genlplanestrn色UpdateGeomEMeshing((2).對接觸面的創(chuàng)建：A：選擇目會再次彈出ContactWizofdXt話框，點擊Next按鍵，彈出如圖3-5所示的ContactWizard對話框，在ContactElementType框中的選項中選擇Surface-to-Surface，點擊PickContact按鍵，出現(xiàn)一個選取框，在繪制的圖形上選取滾珠與外環(huán)的接觸面，點擊OK按鍵，會再次出現(xiàn)ContactWizard按鍵，點擊Next按鍵。〔制回Thecontactsurfacemovesintothetargetsurface.ContactSurface:ContactElementType:LLines目Surface-to-Surface#AreasLBody(volume)NodesLNodalComponent圖3-5|選擇Node-to-Surface接觸面的對話框).對接觸面的設(shè)置：會再次彈出ContactWizard對話框，如圖3-7所示，在Coeffici(3Friction框中輸入0.2，點擊Optionalsettings按鍵，出現(xiàn)ContactProperties對話框，在NPenaltyStiffness框中輸入0.1。點，擊.....Friction...按鍵，選擇Stiffnessmatrix框中列Cancelentoformal表的Unsymmetric,如圖3-6所示點擊OK按鍵。Help■L1lurUL4.J/LLIAEjThecontactpairisnowreadytobecreatedusingthefollowingsettings:OnlyStructuralDOFhasbeendetectedI-Ct已a(bǔ)tesyiranetricpair環(huán)IncludeinitialpenetrationFriction：TOC\o"1-5"\h\zMaterialID1二]CoefficientofFriction何.2Th已rmalContactConductanc已Q曰ElectricContactConductanceQ曰圖3-7定義接觸面性質(zhì)對話框Optionalsettings...(4).接觸面的計算生成:再回到ContactWizard對話框,點擊Create^鍵，出現(xiàn)ContaCtWizar對話框，如圖3-9所示，點擊Finish按鍵，出現(xiàn)結(jié)果如圖3-8所示。然后關(guān)掉對話框。<BackICreate>Cancel<BackICreate>CancelHelp圖3-9創(chuàng)建完成接觸面提示框?qū)?nèi)環(huán)和滾珠接觸對的定義。(1).對目標(biāo)面的創(chuàng)建:在ContactManager對話框中點擊ContactWizard按鍵。出現(xiàn)ContactWizard對話框，選擇默認(rèn)選項，點擊PickTarget按鍵，出現(xiàn)一個拾取框，選擇拾取圖形上的內(nèi)環(huán)軌道槽，如圖4-1所示，點擊OK按鍵。

(2).對接觸面的創(chuàng)建：會再次彈出ContacFWizard^S^，點擊Next按鍵，出現(xiàn)ContactWizard對話框，在ContactElementType框中選擇Surface-to-Surface，點擊PickContact按鍵，出現(xiàn)一個拾取框，在圖形上選擇拾取滾珠和內(nèi)環(huán)的接觸面，如圖4-2所示，點擊OK按鍵，會再次出現(xiàn)ContactWizard按鍵，點擊Next按鍵。

(3).對接觸面的設(shè)置：再次出現(xiàn)ContactWizard對話框，如圖4-3所示，在CoefficientofFriction框中輸入0.2，點擊Optionalsettings按鍵，在NormalPenaltyStiffness框中輸入0.1.點擊Friction按鍵，學(xué)者Stiffnessmatrix選項中的Unsymmetric。點擊OK按鍵。圖4-4接觸面顯示圖4-5圖4-5創(chuàng)建完成接觸面提示框?qū)S承施加載荷和求解。(1)對面編號顯示的編輯：UtilityMenu==PlotCtrls==Numbering，出現(xiàn)PlotNumberingControls對話框，選擇AREAAreanumbers復(fù)選框中的ON，如圖5-1所示，點擊OK按鍵。八PlotNumberingControls[/PNUM]PlotNumberingControlsKPKeypointnumbersrOffLINELinenumbersrOffAREAAreanumbers9OnVOLUVolumenumbers環(huán)OnNODENodenumbersroffElern/Attribnumbering|ElementtypenumaTABNTableNamesroffSVALNumericcontourvaluesroffReplot10UtilityMenu==S(olution=杉上拾eas對"―技」圖5-1PlotNumberingControl；對話框杉上拾eas對[/REPLO71ReplotuponOK/Apply?二:Define(2).對施加面的約束k外環(huán)框，Loads=Apply==Structural=Dijplacement=OnAreas^，出^一個拾取框，在圖形的側(cè)面和外表面，如圖5-3所示，點擊OK按鍵，會彈出ApplyU，RoTonaL點擊詵擇ALLDOF詵項，然后點擊二:Definek外環(huán)框，ANSYSMainMenu?lirences'ocessor:ionilysisType:ineLoadsettingspply】Structural日DisplaEment必OnLines必？OnKeypoints必OnNodesOnNodeComponentsSSymmetryB.C.SAntisymmB.C.Force/MomentPressureTemperatureInertia閆PretnsnSectnGenPlaneStrainSOther】FieldSurfaceIntrnAreasSSss1ELEMENTSApplyU?ROTonAreasFickCUnpick(*SingleC~BoxrPolygonCCircle「L□口pCount=0MaKiinuin=94Miniinuin=1AreaNo?=f*'ListofItemsLMinrMaxrInc-2OnAreas對話框丫|ANAPR24

13:2圖5-3選擇壓力面(3),對圖形的施力口載荷：UtilityMenu==Solution==DefineLoads==Apply==Structural==Pressure==OnElements,出現(xiàn)ApplyPRESonelems拾取菜單。拾取選擇最內(nèi)環(huán)的部分，如圖5-3所示。然后點擊OK按鍵，出現(xiàn)ApplyPRESonelems對話框，如圖5-4所示在VALUELoadPRESvalue框中輸入3472，點擊OK按鍵并選擇其余默認(rèn)設(shè)置。圖5-3選擇載荷面對求解選項的設(shè)定：MainMenu==Solution==AnalysisType==Sol’nControls，出現(xiàn)SolutionControls對話框，在AnalysisOptions框中選擇LargeDisplacementStatic,在Timeatendofloadstep框中輸入100，在Automatictimesetpping框中選擇Off，在Numberofsubsteps框中輸入1，點擊OK按鍵。.對圖形的求解：MainMenu==Solution==Solve==CurrentLS，出現(xiàn)/STATUSCommand狀態(tài)窗口和SolveCurrentLoadStep對話框，仔細(xì)閱讀狀態(tài)窗口的信息然后選擇關(guān)閉，點擊SolveCurrentLoadStep(求解當(dāng)前載荷步)對話框中的OK按鍵開始求解，如圖5-5所示。求解完會出現(xiàn)Solutionisdone提示框，點擊Close按鍵，計算結(jié)果如圖5-6所示。圖5-5分析狀態(tài)窗口和對話框深溝球軸承應(yīng)力的各種結(jié)果分析圖。(1)Y向位移圖。在MainMenu中依次選擇GeneralPostproc—PlotResults—ContourPlot—NodalSolu，如圖6-1所示。在依次選擇NodalSolution—DOFSolution—Y-Componentofdisplacement，如圖6-2所示。單擊OK，出現(xiàn)圖6-3。MaMMenu因Preferencesi-1Preprocessor0Eolution!.<■'GeneralPostprocEData&FileOptsEResultsSummary田ReadResults國FailureCriteria日PlotResults園DeformedEhape日ContourPlotNodalSoluNodalSolu閆Element￡olu國ElemTable同LineBernRes圖6-1NodalSolu命令J\ContourNodalSolutionDartaItemtobecontouredFavoritesNodalSolution落DDFSolution?X-Componentofdisplacement-Componentofdisplacement?0?Z-Componentofdisplacement?Displacement密Stress囪TotalMechanicalElasticStrainPlasticStrain囪CreepStrain◎Thermal-Componentofdisplacement?Z-Componentofdisplacement?Displacement密Stress囪TotalMechanicalElasticStrainPlasticStrain囪CreepStrain◎ThermalStrain扃TotalMechanical_dvectorsumStrainandThermalStrain_dUndisplacedshapekeyUndisplacedshapekeyDeformedshapeonlyScaleFactorAutoCalculatedzl[oAdditionalOptions圖6-2等值線顯示節(jié)點解數(shù)據(jù)對話框?IApplyCancelHelp圖6-3Y向變形圖應(yīng)力圖:在MainMenu中依次選擇GeneralPostproc—PlotResults—ContourPlot—NodalSolu，打開ContourNodalSolutionData(等值線顯示節(jié)點解數(shù)據(jù))對話框，如圖6-4所示，在Itemtobecontoured域中選擇TotalMechanicalStrain選擇項。點擊OK按鍵，ANSYS窗口出現(xiàn)vonMises應(yīng)變分布圖，如圖6-5所示。

圖6-5vonMises應(yīng)變分布圖.應(yīng)力密度圖。在MainMenu中依次選擇GeneralPostproc—PlotResults—ContourPlot—NodalSolu，如圖6-1所示。在依次選擇NodalSolution—Stress—Stressintensity，如圖6-6所示。點擊OK按鍵，出現(xiàn)如圖6-7所示的結(jié)果圖。Favorites落NodalSolutionDOFSolution昭Stressstr&ssX￥ShearstressYZSh&arstressXZShearstress1stPrincipalstress2ndPrincipalstress3rdPrincipalstressStressinien&i

15712518330520948523566644.646'52404.8'104765'26224.778584.9130945contactanalysisNODALSOLUTIONNOVStressinien&i15712518330520948523566644.646'52404.8'104765'26224.778584.9130945contactanalysisNODALSOLUTIONNOV212017STEP=1SUB=1TIME=100SINT(AVG)DMX=.063729SMN=44.646SMX=235666.總應(yīng)變強(qiáng)度圖。在MainMenu中依次選擇GeneralPostproc—PlotResults—ContourPlot—NodalSolu,如圖6-1所示。在依次選擇NodalSolution—T