滚动轴承ANSYS分析陈强.docx

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滚动轴承ANSYS分析陈强

接触力学实训

基于ANSYS深沟球轴承有限元分析设计

深沟球轴承实物图

如图所示，以6300为例进行分析：

材料选择GCr15制造，该型号的几何参数为：

外径D为ø60,内径d为ø10，宽度B为11，钢球直径Dw为ø6.4，接触角a为零，钢球的数量z为7个，材料参数弹性模量E=30700MPa,泊松比u=0.3。

接触面的应力为3472N.观察深沟球轴承接触面的应力。

1.建立模型

（1）定义文件名：

utilityMenu==File==zhoucheng,弹出如图1-3所示的choucheng对话框，在Enternewjobname文本框中输入Bearing，并将Newloganderrorfiles复选框选为yes，点击OK按键。

图1-1ANSYS开始界面

图1-2命名命令图1-3命名对话框

（2）：

定义单元类型：

MainMenu==Preprocessor==ElementType==Add/Edit/Delete,弹出ElementTypes对话框，如图1-4展现的，点击Add按钮，出现1-5所示的LibraryofElementTypes对话框，点击选择StructuralSolid和Brick8node185,点击OK按键，然后点击ElementTypes对话框出现的close按键，退出。

图1-4ElementTypes对话框

图1-5LibraryofElementTypes对话框

（3）：

定义材料性质：

MainMenu==Preprocessoe==MaterialProps==MaterialModels,出现如图1-7所示的DefineMaterialModelBehavior对话框，在MaterialModelsAvailable出现的选项中依次点击Structural==Linear==Elastic==Isotropic,出现如图1-8所示LinearIsotropicPropertitiesforMaterial对话框，在EX框中输入3E006，在PRXY框中输入0.3，点击OK按键。

然后退出对话框。

图1-6定义材料命令图1-7DefineMaterialModelBehavior对话框

图1-8LinearIsotropicPropertitiesforMaterial对话框

（4）：

使偏移工作平面到指定位置：

从应用菜单中选择Utility==WorkPlane==OffsetWPto==XYZLocations+。

出现设置点对话框，在ANSYS内输入0,0，-5.5，点击OK按键，如图1-10出现的。

图1-9给定位置的命令

图1-10偏移工作平面图1-11HollowCylinder,命令

（5）：

外环：

MainMenu==Preprocessoe==Modeling==Create==Volumes==Cylinder==HollowCylinder,出现如图1-12所示的HollowCylinder对话框，在WPX后面输入0，WPY框中输入0，RAD-1框中输入17.5，RAD-2框中输入13.8，在Depth框中输入11，点击Apply按键。

图1-12HollowCylinder对话框图1-13内外环模型

（6）：

内环：

在出现的HollowCylinder对话框中，WPX后面输入0，WPY同样输入0，RAD-1框中输入9.7，RAD-2框中输入5，在Depth框中输入11，点击OK按键，绘制出如图1-13的图形。

（7）：

恢复原始位置工作平面：

在应用菜单中点击UtilityMenu==WorkPlane==OffsetWPto==GlobalOrigin，恢复原始工作平面完成。

图1-14恢复工作平面命令

（8）：

绘制圆环：

MainMenu==Preprocessoe==Modeling==Create==Volumes==Torus，出现如图1-16所示的CreateTorusbyDimensions对话框，在RAD1框中输入3.2，在RAD2框中输入0，RADMAJ框中输入11.75，点击OK按键，确定。

图1-15圆环命令图1-16CreateTorusbyDimensions对话框

（9）：

在内外环中减去圆环从而形成滚珠轨道。

在主菜单中选择MainMenu==Preprocessoe==Modeling==Operate==Booleans==Subtract==Volumes。

在图形中选择拾取外环和内环，作为用布尔来减的母体，点击Apply按键。

在图形窗口中选择拾取绘制的内环作为减去的对象，点击OK按键，得到如图1-19所示的结果。

图1-17Volumes命令图1-18拾取框

图1-19形成滚柱轨道

（10）：

绘制滚珠：

MainMenu==Preprocessoe==Modeling==Create==Volumes==Sphere==SolidSphere，出现如图1-21所示的SolidSphere对话框，在WPX框中输入0，WPY框中输入-11.75，Radius框中输入3.2，点击OK按键。

出现如图1-22所示的结果。

图1-20SolidSphere命令图1-21SolidSphere对话框

图1-22生成滚珠

（11）：

把总体柱坐标系变为被激活的坐标系。

在实用菜单中选择UtilityMenu==WorkPlane==ChangeActiveCSto==GlobalCylindrical。

图1-23GlobalCylindrical命令

（12）：

沿周向方向复制滚珠。

在主菜单中选择MainMenu==Preprocessoe==Modeling==Copy==Volumes。

选择刚才绘制的滚珠，如图1-24所示。

ANSYS会提示复制的数量和坐标的偏移度数，在Numberofcopies框中输入7，在Y-offsetinactiveCS框中输入51.42857，点击OK按键，如图1-25所示。

图1-24复制体

图1-25输入复制的数量和坐标

（13）.使用体编号显示：

UtilityMemu==PlotCtrls==Numbering，出现PlotNumberingControls对话框，在COLUVolumenumbers后面点击显示为ON，如图1-27所示，点击OK按键。

图1-26复制完成的图形

图1-27PlotNumberingControls对话框

（14）：

再次显示：

UtilityMenu==Plot==Replot，显示的结果如图1-28所示。

图1-28深沟球轴承显示

（15）保存结果：

点击工具框中的SAVE-DB按键，建立模型结束。

2.对轴承的网格划分。

（1）.在主菜单中选择MainMenu：

Preprocessor==Meshing==MeshTool的命令，打开MeshTool工具，出现图示2-1。

图2-1网络工具图2-2进行体选择

（2）.选取SmartSize复选框，然后向左拉动到三的滑块，然后选择Mesh域中出现的Volumes，点击Mesh，选取面选择对话框，选定要划分数的体。

点击PickAll按键，出现如图2-2所示。

图2-3对体划分的结果

（3）.对网格的优化：

UtilityMenu==PlotCtrls==Style==SizeandShape，出现如图2-5所示的SizeandShape对话框，在【EFACET】Facets/elementedge框中列表下拉找到并选择2facets/edge，点击OK按键。

图2-4网格优化命令

图2-5SizeandShape对话框

（4）.保存结果：

点击ANSYSToolbar中的SAVE-DB按键保存。

3.对外环和滚珠接触对的定义。

（1）.对目标面的创建：

MainMenu：

Preprocessor==Modeling==Create==ContactPair，出现如图3-2所示的ContactManager的对话框，点击ContactWizard按键（在对话框左上角）。

出现如图3-3所示的ContactWizard对话框，选取默认选项，点击PickTarget按键，出现一个选取框，在绘制的图形上点击拾取外环的轨道槽，出现图3-4，点击OK按键。

图3-1ContactPair命令图3-2ContactWizard对话框

图3-3选择目标面的对话框

图3-4选择目标面的显示

（2）.对接触面的创建：

ANSYS会再次弹出ContactWizard对话框，点击Next按键，弹出如图3-5所示的ContactWizard对话框，在ContactElementType框中的选项中选择Surface-to-Surface，点击PickContact按键，出现一个选取框，在绘制的图形上选取滚珠与外环的接触面，点击OK按键，会再次出现ContactWizard按键，点击Next按键。

图3-5选择接触面的对话框

（3）.对接触面的设置：

会再次弹出ContactWizard对话框，如图3-7所示，在CoefficientofFriction框中输入0.2，点击Optionalsettings按键，出现ContactProperties对话框，在NormalPenaltyStiffness框中输入0.1。

点击Friction按键，选择Stiffnessmatrix框中列表的Unsymmetric，如图3-6所示。

点击OK按键。

图3-6Friction标签

图3-7定义接触面性质对话框

（4）.接触面的计算生成：

再回到ContactWizard对话框，点击Create按键，出现ContactWizard对话框，如图3-9所示，点击Finish按键，出现结果如图3-8所示。

然后关掉对话框。

图3-8接触面显示

图3-9创建完成接触面提示框

4.对内环和滚珠接触对的定义。

（1）.对目标面的创建：

在ContactManager对话框中点击ContactWizard按键。

出现ContactWizard对话框，选择默认选项，点击PickTarget按键，出现一个拾取框，选择拾取图形上的内环轨道槽，如图4-1所示，点击OK按键。

图4-1选择目标面的显示

（2）.对接触面的创建：

会再次弹出ContactWizard对话框，点击Next按键，出现ContactWizard对话框，在ContactElementType框中选择Surface-to-Surface，点击PickContact按键，出现一个拾取框，在图形上选择拾取滚珠和内环的接触面，如图4-2所示，点击OK按键，会再次出现ContactWizard按键，点击Next按键。

图4-2选择接触面的显示

（3）.对接触面的设置：

再次出现ContactWizard对话框，如图4-3所示，在CoefficientofFriction框中输入0.2，点击Optionalsettings按键，在NormalPenaltyStiffness框中输入0.1.点击Friction按键，学者Stiffnessmatrix选项中的Unsymmetric。

点击OK按键。

图4-3Friction标签

（4）.接触面的计算生成：

再次回到ContactWizard对话框，点击Create按键，出现ContactWizard对话框，点击Finish按键，出现如图4-4的结果。

图4-4接触面显示

图4-5创建完成接触面提示框

5.对轴承施加载荷和求解。

（1）对面编号显示的编辑：

UtilityMenu==PlotCtrls==Numbering，出现PlotNumberingControls对话框，选择AREAAreanumbers复选框中的ON，如图5-1所示，点击OK按键。

图5-1PlotNumberingControls对话框

（2）.对施加面的约束：

UtilityMenu==Solution==DefineLoads==Apply==Structural==Displacement==OnAreas，出现一个拾取框，在图形上拾取外环的侧面和外表面，如图5-3所示，点击OK按键，会弹出ApplyU，ROTonAreas对话框，点击选择ALLDOF选项，然后点击OK按键。

图5-2OnAreas对话框

图5-3选择压力面

（3）.对图形的施加载荷：

UtilityMenu==Solution==DefineLoads==Apply==Structural==Pressure==OnElements，出现ApplyPRESonelems拾取菜单。

拾取选择最内环的部分，如图5-3所示。

然后点击OK按键，出现ApplyPRESonelems对话框，如图5-4所示在VALUELoadPRESvalue框中输入3472，点击OK按键并选择其余默认设置。

图5-3选择载荷面

图5-4施加面载荷

（4）对求解选项的设定：

MainMenu==Solution==AnalysisType==Sol’nControls，出现SolutionControls对话框，在AnalysisOptions框中选择LargeDisplacementStatic，在Timeatendofloadstep框中输入100，在Automatictimesetpping框中选择Off，在Numberofsubsteps框中输入1，点击OK按键。

（5）.对图形的求解：

MainMenu==Solution==Solve==CurrentLS，出现/STATUSCommand状态窗口和SolveCurrentLoadStep对话框，仔细阅读状态窗口的信息然后选择关闭，点击SolveCurrentLoadStep（求解当前载荷步）对话框中的OK按键开始求解，如图5-5所示。

求解完会出现Solutionisdone提示框，点击Close按键，计算结果如图5-6所示。

图5-5分析状态窗口和对话框

6.深沟球轴承应力的各种结果分析图。

（1）Y向位移图。

在MainMenu中依次选择GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu，如图6-1所示。

在依次选择NodalSolution→DOFSolution→Y-Componentofdisplacement，如图6-2所示。

单击OK，出现图6-3。

图6-1NodalSolu命令

图6-2等值线显示节点解数据对话框

图6-3Y向变形图

（2）应力图：

在MainMenu中依次选择GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu，打开ContourNodalSolutionData（等值线显示节点解数据）对话框，如图6-4所示，在Itemtobecontoured域中选择TotalMechanicalStrain选择项。

点击OK按键，ANSYS窗口出现vonMises应变分布图，如图6-5所示。

图6-4等值线显示节点解数据对话框

图6-5vonMises应变分布图

（3）.应力密度图。

在MainMenu中依次选择GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu，如图6-1所示。

在依次选择NodalSolution→Stress→Stressintensity，如图6-6所示。

点击OK按键，出现如图6-7所示的结果图。

图6-6选择应力对话框

图6-7应力密度图

（4）.总应变强度图。

在MainMenu中依次选择GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu，如图6-1所示。

在依次选择NodalSolution→TotalStrain→Totalstrainintensity。

，如图6-8所示，点击OK按键，出现如图6-9所示的结果图。

图6-8选择总应变的对话框

图6-9总应变强度图

（5）.模态形状的动画显示：

在应用菜单中依次选择，PlotCtrls==Animate==ModeShape，如图6-10所示。

在出现的对话框中选择DOFsolution，选择TranslationUY，点击OK按键，如图6-11所示，接着会出现6-12的动画显示。

图6-10ModeShape命令

图6-11设置动画显示图

图6-12动画显示