呂振偉 喬淑香 姬曉飛 郭 新

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

基于ADINA的履帶吊轉(zhuǎn)盤軸承應(yīng)力分布分析

呂振偉 喬淑香 姬曉飛 郭 新

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

通過ADINA有限元軟件分析了履帶吊轉(zhuǎn)盤軸承在軸向載荷和傾覆力矩作用下的應(yīng)力分布，結(jié)果表明，在其工況下最大應(yīng)力值小于許用應(yīng)力，驗證了轉(zhuǎn)盤軸承的懸臂環(huán)梁設(shè)計滿足強度要求，并計算得出內(nèi)外圈最大應(yīng)力發(fā)生的部位及整套軸承最大應(yīng)力發(fā)生的部位。

轉(zhuǎn)盤軸承；ADINA；有限元分析

0 引言

轉(zhuǎn)盤軸承是能夠同時承受較大軸向負荷和傾覆力矩等總體載荷的特殊結(jié)構(gòu)軸承，其應(yīng)用范圍已從挖掘機和起重機逐漸發(fā)展到其他機械領(lǐng)域。為了提高產(chǎn)品的安全性，需對軸承應(yīng)力分布、強度進行計算。下文使用ADINA有限元軟件分析履帶起重機用轉(zhuǎn)盤軸承的應(yīng)力分布，校核履帶吊轉(zhuǎn)盤軸承的懸臂環(huán)梁強度。

1 建立有限元模型

在ADINA中分析結(jié)構(gòu)場問題需要建立結(jié)構(gòu)模型，然后將模型放在ADINA的結(jié)構(gòu)求解器(ADINA-Structures)中進行求解。三排圓柱滾子轉(zhuǎn)盤軸承模型結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，需要通過交叉使用ADINA Native(Simple)和ADINA-M進行建模。為了在軸承的關(guān)鍵部位進行網(wǎng)格細化，本文對內(nèi)外圈的油溝部分進行分離建模，各個位置顯示如圖1所示。

圖1 三排圓柱滾子轉(zhuǎn)盤軸承模型截面示意圖

2 邊界條件及載荷

根據(jù)實際工況簡化模型，通過Apply Fixity對內(nèi)圈內(nèi)端面face面施加全固定約束ALL Fixity，對稱面施加對稱約束。

在實際工況中，履帶吊轉(zhuǎn)盤軸承外圈端面承受軸向載荷和傾覆力矩。本文采用建立剛性連接點法施加載荷(6 875 000/2 N大小的軸向力和21 700 000/2 N·m大小的傾覆力矩)，以實現(xiàn)力和力矩的傳遞，使其施加在外圈端面上。

3 計算結(jié)果

設(shè)置時間步，查看模型應(yīng)力、應(yīng)變以及位移結(jié)果，其中位移的單位是 mm，應(yīng)力的單位是MPa。

(1) 整體模型。在Post-Processing里查看軸承整體模型的有限元分析結(jié)果。位移結(jié)果：正負最大位移值分別為+0.020 53 mm、-0.061 74 mm；應(yīng)變結(jié)果：正負最大應(yīng)變值分別為+0.001 167、-0.001 712；應(yīng)力結(jié)果：最大應(yīng)力為1 823 MPa。如圖2所示，圖中符號“△”處為應(yīng)力最大值位置。

圖2 整體模型的應(yīng)力云圖

(2) 外圈模型。打開顯示族選擇外圈族查看軸承外圈模型(不包括油溝部分)的有限元分析結(jié)果。查看模型在受載之后產(chǎn)生的應(yīng)力，外圈滾道的最大應(yīng)力為954.9 MPa。計算結(jié)果表明，外圈滾道的最大應(yīng)力發(fā)生在外圈上滾道上。

(3) 外圈—油溝1模型。打開顯示族選擇外圈—油溝1族查看軸承外圈—油溝1的有限元分析結(jié)果。查看模型在受載之后產(chǎn)生的應(yīng)力，外圈—油溝1的最大應(yīng)力為237.9 MPa。

(4) 外圈—油溝2模型。打開顯示族選擇外圈—油溝2族查看軸承外圈—油溝2的有限元分析結(jié)果。查看模型在受載之后產(chǎn)生的應(yīng)力，外圈—油溝2的最大應(yīng)力為765.8 MPa。

(5) 內(nèi)圈模型。打開顯示族選擇內(nèi)圈族查看軸承內(nèi)圈模型(不包括油溝部分)的有限元分析結(jié)果。查看模型在受載之后產(chǎn)生的應(yīng)力，內(nèi)圈滾道的最大應(yīng)力為1 239 MPa。

(6) 內(nèi)圈—油溝1模型。打開顯示族選擇內(nèi)圈—油溝1族查看軸承內(nèi)圈—油溝1的有限元分析結(jié)果。查看模型在受載之后產(chǎn)生的應(yīng)力，內(nèi)圈—油溝1的最大應(yīng)力為1 008 MPa。

(7) 內(nèi)圈—油溝2模型。打開顯示族選擇內(nèi)圈—油溝2族查看軸承內(nèi)圈—油溝2的有限元分析結(jié)果。查看模型在受載之后產(chǎn)生的應(yīng)力，內(nèi)圈—油溝2的最大應(yīng)力為980.1 MPa。

(8) 滾子模型。打開顯示族選擇滾子族查看上排滾子模型的有限元分析結(jié)果。查看模型在受載之后產(chǎn)生的應(yīng)變，上排滾子的最大應(yīng)變?yōu)?0.001 167、-0.001 712。查看模型在受載之后產(chǎn)生的應(yīng)力，上排滾子的最大應(yīng)力為1 823 MPa，如圖3所示；下排滾子的最大應(yīng)力為1 245 MPa，如圖4所示。圖中符號“△”處為應(yīng)力最大值位置。

圖3 上排滾子模型應(yīng)力云圖

圖4 下排滾子模型應(yīng)力云圖

4 結(jié)論

(1) 所研究軸承套圈的材料為42CrMo，屈服極限應(yīng)力為2 700 MPa，本文計算結(jié)果顯示軸承受載后套圈的最大應(yīng)力值為1 239 MPa，小于材料的許用應(yīng)力值，因此，本文所研究的履帶吊轉(zhuǎn)盤軸承的懸臂環(huán)梁設(shè)計滿足強度要求。

(2) 外圈滾道的最大應(yīng)力發(fā)生在外圈上滾道上，為954.9 MPa；內(nèi)圈滾道的最大應(yīng)力發(fā)生在內(nèi)圈上滾道上，為1 239 MPa。根據(jù)分析結(jié)果比較，內(nèi)圈滾道所受最大應(yīng)力值比外圈滾道所受最大應(yīng)力值大29.75%。

(3) 外圈油溝位置所受的最大應(yīng)力為765.8 MPa，發(fā)生在油溝2位置；內(nèi)圈油溝位置所受的最大應(yīng)力為1 008 MPa，發(fā)生在油溝1位置?？v看軸承整體模型，油溝位置所受的最大應(yīng)力發(fā)生在內(nèi)圈—油溝1位置。

(4) 分析兩排滾子計算結(jié)果，上排滾子所受最大應(yīng)力值為1 823 MPa，下排滾子所受最大應(yīng)力值為1 245 MPa，因此軸承模型中滾子所受的最大應(yīng)力發(fā)生在上排滾子上。根據(jù)計算結(jié)果，上排滾子模型受力產(chǎn)生的最大應(yīng)變值為+0.001 167、-0.001 712，與軸承整體模型的最大應(yīng)變值大小一樣，因此，整體模型中上排滾子處發(fā)生了最大應(yīng)力。

[1]馬野.ADINA有限元經(jīng)典實例分析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012

[2]尚振國，董慧敏，毛范海，等.具有塑性變形的轉(zhuǎn)盤軸承有限元分析方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011(12)

[3]張雪，張鋼，周凱峰，等.交叉滾子轉(zhuǎn)盤軸承的有限元分析[J].軸承，2012(4)

2014-07-04

呂振偉(1985—)，男，河北邢臺人，助理工程師，從事特大型軸承工藝設(shè)計及生產(chǎn)工作。