薛姣，胡豐收

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

基于ANSYS Workbench的滾珠軸承的靜強(qiáng)度分析

薛姣，胡豐收

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

滾珠軸承是滾動(dòng)軸承的一種，將球形合金鋼珠安裝在內(nèi)鋼圈和外鋼圈的中間，以滾動(dòng)方式來(lái)降低動(dòng)力傳遞過(guò)程中的摩擦力和提高機(jī)械動(dòng)力的傳遞效率。滾珠軸承不能承受較大的重載荷，在輕工業(yè)機(jī)械中較常見(jiàn)。對(duì)于滾珠軸承的靜強(qiáng)度分析尤為重要。

滾珠軸承；ANSYS Workbench；靜強(qiáng)度分析

1 概述

現(xiàn)代工業(yè)通用機(jī)械都配備了相當(dāng)數(shù)量的滾動(dòng)軸承。一般說(shuō)來(lái)，滾動(dòng)軸承都是機(jī)器中最精密的部件。通常情況下，它們的公差都保持在機(jī)器的其余部件的公差的十分之一。但是，多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，只有10%以下的軸承能夠運(yùn)行到設(shè)計(jì)壽命年限。而大約40%的軸承失效是由于潤(rùn)滑引起的故障，30%失效是由于不對(duì)中或“卡住”等裝配失誤，還有20%的失效是由過(guò)載使用或制造上缺陷等其它原因所致。

本文依據(jù)ANSYS Workbench軟件，對(duì)某型號(hào)的滾珠軸承進(jìn)行靜強(qiáng)度分析。校核是否滿足AISI52100的標(biāo)準(zhǔn)。

2 幾何模型的建立和導(dǎo)入

某滾珠軸承供應(yīng)商提供三維CAD數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入ANSYS Workbench，如圖1所示：

圖1 導(dǎo)入滾珠軸承數(shù)據(jù)模型

3 有限元模型的建立

3.1 材料屬性的賦予

按照供應(yīng)商提供的BOM表，滾珠和環(huán)是以高鉻鋼做成，我們選用ANSYS Workbench材料庫(kù)中的高鉻鋼，網(wǎng)格類型選擇為實(shí)體，如圖2所示：

圖2 材料屬性的賦予

3.2 柱坐標(biāo)系的建立

因?yàn)闈L珠軸承內(nèi)環(huán)受到軸承力，我們需要建立一個(gè)柱坐標(biāo)系來(lái)施加徑向的軸承力，如圖3所示：

圖3 建立柱坐標(biāo)系

3.3 contact建立

按照模型需求，建立滾珠與保持器、滾珠與內(nèi)環(huán)，滾珠與外環(huán)的摩擦接觸，設(shè)定好接觸參數(shù)。如圖4所示：

圖4 接觸的設(shè)置

3.4 固定鉸及旋轉(zhuǎn)鉸的建立

選擇外圓環(huán)表面與地面做固定鉸約束，如圖5所示：

圖5 建立固定鉸

選擇內(nèi)圓環(huán)表面建立旋轉(zhuǎn)鉸，如圖6所示：

圖6 建立固定鉸

4 網(wǎng)格劃分

采用ANSYS workbench自動(dòng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，劃分滾珠軸承，如圖7所示：

圖7 滾珠軸承的自動(dòng)網(wǎng)格劃分

5 荷載及分析設(shè)置

5.1 荷載

旋轉(zhuǎn)鉸的加載

圖8 旋轉(zhuǎn)鉸的加載

軸承力的加載

圖9 軸承力的加載

5.2 分析設(shè)置

圖10 分析設(shè)置

6 分析結(jié)果

1 total deformation

圖11 total deformation

2 Directional Deformation

圖12 Directional Deformation

3 Equivalent Stress

圖13 equivalent stress

4 Contact Status

圖14 contact status

5 Contact Pressure

圖15 contact pressure

7 結(jié)論

本文采用ANSYS Workbench軟件，對(duì)某型號(hào)的滾珠軸承進(jìn)行靜強(qiáng)度分析。校核該產(chǎn)品滿足AISI52100的標(biāo)準(zhǔn)。

[1] AISI52100.

Static strength analysis of ball bearings based on ANSYS Workbench

Xue Jiao, Hu Fengshou
( Henan electromechanical vocational college, Henan Zhengzhou 451191 )

The ball bearing is a kind of rolling bearing, install the spherical alloy steel ball, steel ring and the outer rims of the middle, to scroll way to reduce the friction in the process of power transfer to and improve the efficiency of mechanical power transmission. Ball bearings cannot withstand large heavy loads, which are more common in light industrial machinery. The static strength analysis of ball bearings is especially important.

ball bearings; ANSYS Workbench; Static strength analysis

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-220-03

U467.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)12-220-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.072

薛姣，就職于河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院。