Ansys轴承过盈装配
2017-03-05 by:CAE仿真在线 来源:互联网
对于机械专业的学生来说,几何公差与配合绝对是重中之重。但是可能大部分学生主要还是停留在查询机械设计手册上,并不清楚间隙量与过盈量不合适会导致配合时出现什么后果,或者也只能直观的感觉塞不进去或者有松动。下面我就用一个深沟球轴承大过盈配合分析来说明一下,在大过盈的情况下,轴承会受到多大的伤害。
问题产生
小高:怎么样,轴承到了吗?
小王:到了,3*8*4(内径*外径*厚)的轴承40个。
小高:我这边锰钢也选好了,不过最小的只有直径3.2mm的,不知道装不装得进去。
小王:每边才过盈0.1mm,别担心,好装。
小高:好嘞!
......几分钟之后
小王:怎么啦,还没装好吗?
小高:你帮我扶着,我拿锤子锤进去。
后面就不说了,结果就是轴承直接爆圈了,勉勉强强可以转动也是磕嗒磕嗒的。
很明显,在0.1mm的过盈量下,轴承内部滚珠有明显的大变形。下面就开始对着问题进行研究。
工况
直径3.2mm的锰钢强行塞入规格为3*8*4mm的普通微深沟球轴承。由于轴承具有周期性,每一周期内部又具有对称性,因此整体建模可以简化为半个轴承周期。(此分析中不考虑端盖以及挡圈),下面是几何模型与简化后的模型(锰钢由于有限元建模需要,中间掏空了一小部分,但并不影响整体分析)
有限元模型建立(前处理在hm中进行)
将上述建立好的几何模型导入hm中,对各部分进行网格划分,如下(接触分析的话尽量保证网格的质量,要不可能会很难收敛)
属性赋予
在3D面板下的ET Types中创建一个solid185单元的链接,然后在properties中创建solid185单元属性,创建两个材料分别为bearing与steel,均为双线性等向强化弹塑性材料,弾性模型:2.1e5MPa,泊松比:0.3,摩擦系数:0.1,切线模量:1e4MPa,屈服极限分别为450MPa与900MPa,然后将创建好的单元以及材料分别赋予轴承和锰钢。
接触创建
这里需要创建三各接触对,分别为轴承外圈与滚珠,轴承内圈与滚珠,锰钢与轴承内圈。统一使用增广的拉格朗日算法,高斯点检测,允许每一子步更新接触刚度,不自动调整接触对。其中轴承与滚珠的接触不考虑接触对偏移和穿透,锰钢与轴承的接触仅考虑接触对偏移并且渐进施加(在conf中施加0.1mm的接触对偏移模拟过盈量)
边界条件建立
求解设置
在analysis中的control cards中进行如下设置:
分别为进入求解设置,定义分析类型,打开自动时间步长,输出所有子部,定义分析步数以及求解。(这部分不进行具体说明)
定义完以后导出为ansys的cdb格式,直接在经典界面读取该文件进行分析。
结果后处理
求解完成以后,利用hyperview直接读取ansys的rst求解文件,下面是求解结果:
施加1/5过盈量时的整体米塞斯应力分布
施加全部过盈量时的整体米塞斯应力分布
整体扩展米塞斯应力云图
可见在0.1mm过盈量之下,轴承内圈大部分,特别是滚珠与内外圈接触部分,应力已经远远超过预设置的屈服应力,而且滚珠也从圆形压成了一定的小椭形。
所以别看是小小的0.1mm过盈,对于装配来说,很有可能就直接造成永久性的失效。该分析也可以改变过盈量,来看到底多大的过盈量才算合适。
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