基于SolidWorks Simulation的深溝球軸承有限元分析

鄒嘉林+++余小清+++陳國喜+++張霞+++郎少波

摘 要：針對00系列的16001的深溝球軸承，運用SolidWorks Simulation插件對其進行有限元分析，得到了深溝球軸承在負載工況下的應力、應變、位移、疲勞云圖。

關鍵詞：SolidWorksSimulation；有限元分析；深溝球軸承；疲勞分析

引言

SolidWorks是美國Solidworks公司推出一款三維機械設計軟件，由于其性能優越、簡單實用而成為三維機械設計的主流軟件之一。Simulation是集成在SolidWorks軟件中的用于有限元分析的插件。深溝球軸承在機械行業中應用十分廣泛，基本都是由外圈、保持架、滾動體、內圈四個部分組成[1]。深溝球軸承的設計極其復雜，傳統的方法早就不能達到現代機械行業發展的要求。利用SolidWorksSimulation插件對軸承進行設計分析，可以極大縮短設計周期，提高效率[2]。

1 深溝球軸承三維模型的建立

1.1 軸承參數及工作環境

由于工作需求，電機軸上選用型號為00系列16001的深溝球軸承，其參數如表1。軸承承受徑向載荷為400N，軸向載荷為300N，轉速180r/min，工作環境溫度為80℃。

表1 00系列16001軸承參數

1.2 建立軸承模型

建立軸承模型調用標準庫或根據參數自行建模，由于SolidWorks中含有標準軸承庫，分析模型直接調用。單擊“工具”菜單，并啟動Toolbox。Toolbox是SolidWorks的標準零件庫插件，含有軸承、螺釘等各種標準零件，給設計和仿真帶來了極大的便利。直接從庫中插入型號為16001深溝球軸承的標準模型，如圖1。

2 仿真分析

三維模型建成后，用SolidWorksSimulation對深溝球軸承三維模型進行應力、應變、位移和疲勞分析。

2.1 創建算例并指派材料

啟動Simulation插件，點擊“算例顧問”并創建一個“新算例”，單擊“靜態分析類型”。絕大多數軸承的材質都是高碳鉻軸承鋼，固在“應用材料”中找到并選擇“GCr15”，并輸入屈服強度為518420000N/m2[3]，選擇“應用”并關閉選項卡。

2.2 約束條件和載荷

在“夾具顧問”菜單中選擇“固定幾何體”，并選擇軸承外圈外表面為約束面[4]。深溝球軸承中受力接觸為點接觸，每有一個滾動體經過，受力點承受一次相同的載荷，這種載荷為軸承載荷。故在“外部載荷顧問”菜單中單擊“軸承載荷”，作用區選擇內圈內表面，坐標系選擇“坐標系1”，輸入計算載荷值786.280N[5]，并選擇正弦分布。約束條件和載荷如圖2。

2.3 網格劃分與求解

在“運行”菜單中，單擊“劃分網格”[6]。本例采用三角形網格[7]，單元總數為11956個，網格劃分如圖3。

2.4 疲勞分析

單擊“算理顧問”，創建“新算例2”并選擇“疲勞”為分析類型，添加“算例一”為新事件，單擊“應用、編輯疲勞數據”并添加材料的“疲勞SN曲線”，單擊“運行”，軟件自動分析計算仿真結果。顯示“損壞百分比”和“生命總數”[8]如圖5。

3 結論

從圖4得出，深溝球軸承在工作中，最大應力應變均首先發生在徑向載荷作用線上的溝道上面，故溝道上最易發生破壞。從圖5得出，軸承都為藍色沒有太大變化，說明載荷遠小于軸承鋼GCr15的疲勞極限，所以可認為軸承在該工作條件下不會被破壞。疲勞分析結果也說明了在實際工作中溝道上最易發生破壞，符合實際情況。

參考文獻

[1]張小波，秦天峰，潘振.基于SolidWorks的深溝球軸承的三維建模與仿真分析[J].現代機械，2016，44（04）：43-45.

[2]卓蘭.滾動軸承的失效形式與故障診斷[J].赤峰學院學報：自然科學版，2012，33（06）：115-116.

[3]劉雪松，王東亮，薛曉瑩.基于SolidWorks礦用電機車減速器的三維模型建立及輸出軸的有限元分析[J].煤礦機械，2012，38（04）：225-227.

[4]邦椿.機械設計手冊：第5版[M].北京：機械工出業版社，2010.

[5]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，1993.

[6]張晉西，郭學琴.SolidWorks及Cosmosmotion機械仿真設計[M].北京：清華大學出版社，2006.

[7]王宗彥，吳淑芳.SolidWorks機械產品高級開發技術[M].北京：北京理工大學出版社，2005.

[8]蘇春.計算機輔助設計[M].北京：機械工業出版社，2004.

作者簡介：鄒嘉林（1997-），男，四川渠縣人，本科在讀，機械設計制造及其自動化專業。