轴承座的分析 1.docx

轴承座的分析 1.docx

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轴承座的分析1

广东白云学院

《工程有限元方法》课程结业设计

学生姓名：

学号：

班级：

专业（全称）：

指导教师：

2015年06月

基于ANSYS的轴承座结构静力学分析

一、轴承座模型描述

图1轴承座实体模型

根据轴承座工作中实际受力情况，在小孔施加径向载荷，大孔施加向下的载荷，轴承座底部施加约束（UY），四个安装孔施加径向约束（对称）。

建立轴承座有限元模型，对其进行静力学分析。

二、实体模型的建立

根据该轴承座几何对称性，只需建立轴承座的半个实体对称模型，在进行镜像操作即可。

采用自下而上的建模方法创建基座模型。

（1）生成长方体

MainMenu：

Preprocessor>Modeling->Create>Volumes->Block>ByDimensions

输入x1=0,x2=60,y1=0,y2=20,z1=0,z2=60

平移并旋转工作平面

UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements

X,Y,ZOffsets输入45,25,15点击Apply

XY，YZ，ZXAngles输入0，－90，0点击OK。

创建圆柱体

MainMenu：

Preprocessor>Create>Cylinder>SolidCylinder

Radius输入15/2,Depth输入－30,点击OK。

拷贝生成另一个圆柱体

MainMenu：

Preprocessor>Copy>Volume拾取圆柱体,点击Apply,DZ输入30然后点击OK

从长方体中减去两个圆柱体

MainMenu：

Preprocessor>Operate>SubtractVolumes首先拾取被减的长方体，点击Apply,然后拾取减去的两个圆柱体，点击OK。

建立的实体模型如图2所示

图2轴承座底座模型

使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致

UtilityMenu>WorkPlane>AlignWPwith>GlobalCartesian

（2）创建支撑部分

MainMenu:

Preprocessor->-Modeling-Create->-Volumes-Block->By2corners&Z

在创建实体块的参数表中输入下列数值:

WPX=0；WPY=20；Width=30；Height=35；Depth=15

创建轴承支撑部分，如图3所示

图3轴承底座与支撑部分

（3）偏移工作平面到轴瓦支架的前表面

UtilityMenu:

WorkPlane->OffsetWPto->Keypoints+

1.在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点

2.OK

（4）创建轴瓦支架的上部

MainMenu:

Preprocessor->Modeling-Create->Volumes-Cylinder->PartialCylinder+

1）.在创建圆柱的参数表中输入下列参数:

WPX=0；WPY=0；Rad-1=0；Theta-1=0；Rad-2=30；Theta-2=90；Depth=-15

所创建圆柱如图4所示

图4支撑部分

（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

MainMenu:

Preprocessor->Modeling-Create->Volume-Cylinder->SolidCylinder

1.）输入下列参数:

WPX=0；WPY=0；Radius=20；Depth=-3

2.）拾取Apply

3.）输入下列参数:

WPX=0；WPY=0；Radius=17；Depth=-40

4.）拾取OK，创建辅助圆柱如图5所示

图5辅助穿孔建模

（6）从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔.

MainMenu:

Preprocessor->Modeling-Operate->Subtract->Volumes+

1.拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。

单击Apply

2.拾取大圆柱作为“减”去的对象。

单击Apply

3.拾取步1中的两个体，单击Apply

4.拾取小圆柱体，单击OK

所创建轴承孔、轴瓦支架如图6所示

图6所建轴承孔轴瓦支架

合并重合的关键点：

–MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems•

将Label设置为“Keypoints”,单击[OK]

（7）创建一个关键点

在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点:

MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>KPbetweenKPs•拾取如图的两个关键点,单击[OK]

•RATI=0.5,单击[OK]

（8）创建一个三角面并形成三棱柱

MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitrary>ThroughKPs

1.拾取轴承孔座与整个基座的交点。

2.拾取轴承孔上下两个体的交点

3.拾取基座上上步建立的关键点，单击OK完成了三角形侧面的建模。

4．沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude>-Areas-AlongNormal+

•拾取三角面,单击[OK]

5.输入DIST=-3，厚度的方向是向轴承孔中心,单击[OK]

所建三角形肋板如图7所示

图7三角形肋板的建立

（9）关闭workingplanedisplay.

UtilityMenu:

WorkPlane->DisplayWorkingPlane（toggleoff）

（10）沿坐标平面镜像生成对称部分

依次选择MainMenu->Preprocessor->Modeling-Reflect->Volumes，在弹出的拾取对话框中拾取All按钮，在弹出的拾取对话框中拾取Y-Zplane，单击OK。

（11）粘接所有体.

MainMenu:

Preprocessor->Modeling-Operate->Booleans-Glue->Volumes拾取All，轴承座实体模型建立完毕，如图8所示

图8轴承座实体模型

三、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关键。

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。

具体步骤如下：

1、定义材料属性及选择单元类型：

MainMenu->Preprocessor->Material->Structural-Linear-Elastic-Isotropic

指定线弹性材料的弹性模量EX=2.07e11pa,泊松比PRXY=0.3;单击OK按钮

依次选择MainMenu->Preprocessor->ElementType->Add/Edit/Delete,在弹出的对话框中选择Add按钮，在左侧Structural中选择“Solid”,然后从右侧选择Tet10Node92，单击OK按钮。

2、用网格划分工具MeshTool将几何模型划分单元

依次选择MainMenu->Preprocessor->MeshTool,启动网格划分工具，将智能网格划分（SmartSizing）设定为“on”;将滑动码设置为“6”；确认MeshTool的各项为“Volumes”,“Tet”和“Free”;单击MESH按钮，然后选择Pickall按钮，单击OK按钮。

网格划分如图9所示：

图9网格划分的有限元模型

四、轴承座载荷的施加

1、根据已有条件有：

轴承孔所受到的径向合力为Fr=18x1000N=18000N;轴承孔半径r=17mm;轴承孔厚度b=12mm。

由于我们整个模型进行结构分析，故整个轴承座孔的径向均布载荷

=5.6172x107pa,而实际情况轴承孔所承受的并非均布载荷，轴承孔最下部分受载荷最大，左右两腰部分所受载荷最小几乎为零，即轴承座孔面上所受载荷是非线性的。

故，我们将其近似为P1=P0x0.75=4.2129x107pa。

轴向均布压力载荷P2=0.2P0=1.1234x107pa。

2、轴承座的约束情况：

根据实际结构和安装情况，轴承座是靠底座的四个螺栓孔与安装基座相连接来实现固定的，此处为刚性约束，可以在其孔面上施加限制X、Z方向的对称约束，而在底面边线上施加Y方向上为应为零的约束。

这样与实际情况基本相符。

3、具体模型加载步骤如下：

（1）约束四个安装孔

依次选择MainMenu:

Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Displacement→SymmetryB.C.→OnAreas

拾取四个安装孔的8个柱面（每个圆柱面包括两个面），单击OK

（2）在整个基座的底部施加位移约束（UY=0）

依次选择MainMenu:

Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Displacement→onLines+

拾取基座底部的六条边界线，pickingmenu中的“count”应等于6，单击OK，选择UY作为约束自由度，单击OK。

（3）在导孔端面上施加推力载荷（面载荷）

MainMenu:

Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→拾取轴承孔上宽度为“3”的所有面→OK→输入面上的压力值“1.1234x107pa”

→Apply

（4）用箭头显示压力值

依次选择UtilityMenu->PlotCtrls->Symbols，将“Showpresandconvectas”选项为“Arrows”，单击OK按钮。

（5）在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷

依次选择MainMenu:

Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→拾取宽度为17的所有柱面→OK→输入压力值4.2129x107pa→OK。

约束与载荷的施加如图10所示

图10约束与载荷的施加

4、求解及结果分析

1、依次选择MainMenu->Solution->Solve-CurrentLS,忽略警告。

图11求解结果应力应变值

2、求解结果的应力应变图

图12米塞斯等效应力图

图13总位移图

图14受载后变形图

五、学习总结

总结学习的收获、心得体会，300字左右。

题目一：

六方孔螺钉投用扳手的静力学分析

题目二：

阶梯轴施加扭矩、弯矩的静力学分析

题目三：

压气机盘的轴对称结构静力学分析

提交的内容：

1、纸质双面打印版作业；2、电子版文件（ansys分析源文件+word版作业）

附：

格式规范要求如下：

（1）一级标题（题目）采用黑体小三号字体，二级标题采用黑体四号；

（2）正文采用宋体小四号字体，1.5倍行间距；正文中英文字母采用TimesnewRoman字体；

（3）图片须在插图下方配有编号、名称。

如：

图5米塞斯应力云图；字体采用宋体5号

（4）表格须在表格上方配有编号名称，如：

表1-1模型参数表