有限元技术基础 题目题号：
学号班级：学生姓名：
成 绩： Ansys 软件应用大作业 受函数载荷的轴承有限元分析
2014 年06月 05日
目 录
摘要 . ........................................................................................................................................................ 2
第1章 前言 . .......................................................................................................................................... 3
第2章 基于ansys 的轴承的有限元分析 ............................................................................................ 4
2.1建立模型并生成网格 . .................................................................................................................. 4
2.2定义边界条件并求解 . .................................................................................................................. 8
第3章 有限元计算结果分析 ............................................................................................................. 13
第4章 结语 . ........................................................................................................................................ 14
参考文献 . .............................................................................................................................................. 15
摘要
摘要：采用有限元分析软件ANSYS12.1, 对轴承受函数载荷的情况作了静态的受力分析。通过分析和计算, 得出轴承的应力和应变的分布情况, 为轴承的结构设计提供了理论依据, 同时也展示了有限元分析应用于工程设计应力计算的方法, 有一定的工程实用价值。为实际应用及今后进一步分析打下了良好的基础。
关键词： 轴承；位移云图；应力云图； 有限元分析； ANSYS12.1
第1章 前言
随着科学技术的发展, 各种机械产品在现代化生产中的应用不断扩大, 机械设备和构件的种类不断增加, 对其性能的要求也越来越高。为了提高机械装置的效能和可靠性, 保证机械的零部件, 尤其是轴承, 具有高品质是十分重要的。
从目前的资料来看, 对轴承的研究一般均采用数值公式计算的方法, 这种方法对求解复杂条件的问题有些困难, 而且精确度低。现采用有限元方法, 借助有限元分析软件ANSYS 对轴承在受函数载荷下所受的接触应力值进行了计算和分析, 得到了接触应力受函数载荷的变化规律, 具有一定工程应用价值。
第2章 基于ansys 的轴承的有限元分析
2.1建立模型并生成网格
由于轴承本身结构的对称性, 只需对半轴承进行有限元的分析, 因此, 首直接在ANSYS 中建立好半轴承的三维模型, 其内径为0.1m, 外径0.12m, 轴承高度0.05m ，在其内径处受余弦载荷作用，杨氏模量为2.06*10^11 Pa ，泊松比0.29，密度为7.85*10^3kg/m^3。
2.1.1定义工作文件名和分析标题（即jobname 和title ）
图2-1
2.1.2定义单元类型
在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所分析的问题精度要求等，选定适合具体分析的单元类型，如图2-2。
图2-2
2.1.3定义材料属性
考虑惯性力的静力学分析中必须定义材料的弹性模量和密度。选择它的单位为mm-kg-s, 最后再选择轴承的材料, 在ANSYS12.1中定义一号材料, 它的杨氏模2.06*10^11 Pa ，泊松比0.29，密度为7.85*10^3kg/m^3。在分析过程中, 假定材料是线弹性的, 即认为材料不出现屈服。如图2-3。
图2-3
2.1.4建立模型
WP X表示部分空心圆柱体底面圆心在工作平面上X 方向的坐标值；WP Y表示部分空心圆柱体底面圆心在工作平面上Y 方向的坐标值；Rad-1,Rad-2表示部分空心圆柱体的内外半径值；Theta-1, Theta-2,表示部分空心圆柱体的起始终止角度；Depth 表示空心圆柱体的深度。
图2-4
2.1.5划分源面网格大小
图2-5
2.1.6 生成扫掠网格
图2-6
2.2定义边界条件并求解
2.2.1 定义余弦载荷函数
图2-7
2.2.2施加载荷
图2-8
2.2.3施加约束
图2-9
图2-10
2.2.5 显示应力云图
图2-11
图2-12
第3章 有限元计算结果分析
从半轴承的应变分布图和应力分布图可以看出:轴承的最大接触应力位于最底端滚动体与内、外滚道的接触点处，从底端到两侧接触应力逐渐变小。这是因为最底端的滚动体位于轴承载荷作用线正下方，越靠两侧轴承载荷作用线与接触面法线的夹角越大上半部分滚动体与滚道的接触应力为零，这是由于来自实心轴的径向载荷只作用到了内圈下半部分。每个滚动体与内、外圈滚道的接触区域呈椭圆状分布，接触应力值从中心向外逐渐变小。
第4章 结语
(1)通过ANSYS12.1软件可以比较精确地掌握各点的应力和应变情况, 为理论设计和实际工程应用提供依据。
(2)由于工作时产生的应力远小于屈服应力, 有必要对轴承进行优化, 以减轻重量, 改善性能。
(3)通过以上的有限元分析, 可以看出对零部件应力分析的一般步骤, 对于别的机械零部件的设计提供一种方法和参考。
参考文献
[1] 王富耻, 张朝辉. ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2006. 9
[2] 龚曙光，黄云清. 有限元分析与 ANSYS APDL 编程及高级应用[M]，北京，机械工业出版社，2009
[3] 王富耻, 张朝辉. ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2006. 1
[4] 杨咸启，李晓玲。现代有限元理论技术与工程应用[M]。北京：北京航空航天大学出版社，2007
[5] 黄云清。有限元分析与 ANSYS APDL 编程及高级应用[M]。北京：机械工业出版社，2009
[6] 盛和太, 喻海良，范训益. ANSYS有限元原理与工程应用实例大全[M]. 北京: 清华大学出版社, 2006. 3
[7]祁顺彬. 结构分析的通用有限元法，中国科技信息-2006 年 21 期
[8] 杜平安，甘娥忠，于亚婷. 有限元法—原理、建模及应用，北京: 国防工业出版社, 2004.
[9] 邢静忠. ANSYS应用实例与分析[M]. 北京: 科技出版社, 2006. 5~8.
有限元技术基础 题目题号：
学号班级：学生姓名：
成 绩： Ansys 软件应用大作业 受函数载荷的轴承有限元分析
2014 年06月 05日
目 录
摘要 . ........................................................................................................................................................ 2
第1章 前言 . .......................................................................................................................................... 3
第2章 基于ansys 的轴承的有限元分析 ............................................................................................ 4
2.1建立模型并生成网格 . .................................................................................................................. 4
2.2定义边界条件并求解 . .................................................................................................................. 8
第3章 有限元计算结果分析 ............................................................................................................. 13
第4章 结语 . ........................................................................................................................................ 14
参考文献 . .............................................................................................................................................. 15
摘要
摘要：采用有限元分析软件ANSYS12.1, 对轴承受函数载荷的情况作了静态的受力分析。通过分析和计算, 得出轴承的应力和应变的分布情况, 为轴承的结构设计提供了理论依据, 同时也展示了有限元分析应用于工程设计应力计算的方法, 有一定的工程实用价值。为实际应用及今后进一步分析打下了良好的基础。
关键词： 轴承；位移云图；应力云图； 有限元分析； ANSYS12.1
第1章 前言
随着科学技术的发展, 各种机械产品在现代化生产中的应用不断扩大, 机械设备和构件的种类不断增加, 对其性能的要求也越来越高。为了提高机械装置的效能和可靠性, 保证机械的零部件, 尤其是轴承, 具有高品质是十分重要的。
从目前的资料来看, 对轴承的研究一般均采用数值公式计算的方法, 这种方法对求解复杂条件的问题有些困难, 而且精确度低。现采用有限元方法, 借助有限元分析软件ANSYS 对轴承在受函数载荷下所受的接触应力值进行了计算和分析, 得到了接触应力受函数载荷的变化规律, 具有一定工程应用价值。
第2章 基于ansys 的轴承的有限元分析
2.1建立模型并生成网格
由于轴承本身结构的对称性, 只需对半轴承进行有限元的分析, 因此, 首直接在ANSYS 中建立好半轴承的三维模型, 其内径为0.1m, 外径0.12m, 轴承高度0.05m ，在其内径处受余弦载荷作用，杨氏模量为2.06*10^11 Pa ，泊松比0.29，密度为7.85*10^3kg/m^3。
2.1.1定义工作文件名和分析标题（即jobname 和title ）
图2-1
2.1.2定义单元类型
在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所分析的问题精度要求等，选定适合具体分析的单元类型，如图2-2。
图2-2
2.1.3定义材料属性
考虑惯性力的静力学分析中必须定义材料的弹性模量和密度。选择它的单位为mm-kg-s, 最后再选择轴承的材料, 在ANSYS12.1中定义一号材料, 它的杨氏模2.06*10^11 Pa ，泊松比0.29，密度为7.85*10^3kg/m^3。在分析过程中, 假定材料是线弹性的, 即认为材料不出现屈服。如图2-3。
图2-3
2.1.4建立模型
WP X表示部分空心圆柱体底面圆心在工作平面上X 方向的坐标值；WP Y表示部分空心圆柱体底面圆心在工作平面上Y 方向的坐标值；Rad-1,Rad-2表示部分空心圆柱体的内外半径值；Theta-1, Theta-2,表示部分空心圆柱体的起始终止角度；Depth 表示空心圆柱体的深度。
图2-4
2.1.5划分源面网格大小
图2-5
2.1.6 生成扫掠网格
图2-6
2.2定义边界条件并求解
2.2.1 定义余弦载荷函数
图2-7
2.2.2施加载荷
图2-8
2.2.3施加约束
图2-9
图2-10
2.2.5 显示应力云图
图2-11
图2-12
第3章 有限元计算结果分析
从半轴承的应变分布图和应力分布图可以看出:轴承的最大接触应力位于最底端滚动体与内、外滚道的接触点处，从底端到两侧接触应力逐渐变小。这是因为最底端的滚动体位于轴承载荷作用线正下方，越靠两侧轴承载荷作用线与接触面法线的夹角越大上半部分滚动体与滚道的接触应力为零，这是由于来自实心轴的径向载荷只作用到了内圈下半部分。每个滚动体与内、外圈滚道的接触区域呈椭圆状分布，接触应力值从中心向外逐渐变小。
第4章 结语
(1)通过ANSYS12.1软件可以比较精确地掌握各点的应力和应变情况, 为理论设计和实际工程应用提供依据。
(2)由于工作时产生的应力远小于屈服应力, 有必要对轴承进行优化, 以减轻重量, 改善性能。
(3)通过以上的有限元分析, 可以看出对零部件应力分析的一般步骤, 对于别的机械零部件的设计提供一种方法和参考。
参考文献
[1] 王富耻, 张朝辉. ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2006. 9
[2] 龚曙光，黄云清. 有限元分析与 ANSYS APDL 编程及高级应用[M]，北京，机械工业出版社，2009
[3] 王富耻, 张朝辉. ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2006. 1
[4] 杨咸启，李晓玲。现代有限元理论技术与工程应用[M]。北京：北京航空航天大学出版社，2007
[5] 黄云清。有限元分析与 ANSYS APDL 编程及高级应用[M]。北京：机械工业出版社，2009
[6] 盛和太, 喻海良，范训益. ANSYS有限元原理与工程应用实例大全[M]. 北京: 清华大学出版社, 2006. 3
[7]祁顺彬. 结构分析的通用有限元法，中国科技信息-2006 年 21 期
[8] 杜平安，甘娥忠，于亚婷. 有限元法—原理、建模及应用，北京: 国防工业出版社, 2004.
[9] 邢静忠. ANSYS应用实例与分析[M]. 北京: 科技出版社, 2006. 5~8.