滚动轴承刚度的非线性分析及工程应用

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1.滚动轴承刚度的非线性分析及工程应用
摘要：本文基于ANSYS参数化建模,建立深沟球轴承接触分析的三维有限元实体模型,对轴承的接触问题进行数值模拟,研究其承载过程中的应力和应变分布趋势,以及在受到不同径向力作用时轴承刚度的变化,最后利用MATLAB编程推导出深沟球轴承的径向刚度计算公式,对解决工程实际问题有指导意义。首先,本文将ANSYS二次开发技术应用于深沟球轴承接触有限元分析,并开发出实用的程序模块,嵌入ANSYS并作为ANSYS程序的一部分。通过二次开发技术可以提高工作效率。其次,建立二维的接触分析模型,对接触问题进行数值模拟,得到在承载过程中的应力应变分布趋势。通过分析有限元计算结果,当接触应力变化趋于非线性时,可得到实际接触半径;单元长度不应大于实际接触半径,且接近实际接触半径一半时为佳,为解决三维接触问题提供可行的单元长度,以满足有限元分析精度和分析效率的需要。然后,对轴承61801全尺寸三维实体进行有限元分析。在其接触角为零,不考虑游隙的情况下,对实体模型进行网格划分、接触设置、边界条件及约束方式设置,通过后处理得出轴承在受到单位径向载荷力时内外圈相对趋近量即轴承的径向刚度,并且与赫兹接触理论的解比较,两者结果比较接近,验证了ANSYS模型仿真的可行性和可靠性,该方法弥补了赫兹理论求解复杂接触问题的局限性。最后,根据有限元计算结果,通过MATLAB编写多项式拟合程序,分别拟合出ANSYS有限元法和赫兹法的深沟球轴承径向刚度曲线,两种方法拟合的曲线很相近,进一步验证了ANSYS有限元法的可靠性,并通过MATLAB编程得出计算深沟球轴承径向刚度公式,对解决实际工程问题有重要的参考价值。  
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