專利名稱：利用有限元建模判斷轉(zhuǎn)盤軸承是否滿足要求的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)盤軸承校核領(lǐng)域，具體的說(shuō)是利用有限元建模判斷轉(zhuǎn)盤軸承是否滿足要求的方法。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)盤軸承是一類能夠同時(shí)承受徑向載荷、軸向載荷和傾覆力矩載荷聯(lián)合作用的特殊結(jié)構(gòu)的軸承，被廣泛應(yīng)用于起重機(jī)、挖掘機(jī)、盾構(gòu)機(jī)、堆料機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、醫(yī)療CT機(jī)、雷達(dá)天線以及天文望遠(yuǎn)鏡等機(jī)械系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中。對(duì)轉(zhuǎn)盤軸承的滾動(dòng)體載荷分布進(jìn)行分析計(jì)算，并進(jìn)一步計(jì)算出軸承的安全系數(shù)，是該類軸承選型應(yīng)用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，其中最關(guān)鍵的是轉(zhuǎn)盤軸承的滾動(dòng)體載荷分布的計(jì)算。轉(zhuǎn)盤軸承的滾動(dòng)體載荷分布的計(jì)算方法有兩種:解析法和有限元法。解析法需要先建立軸承的數(shù)學(xué)模型，再利用計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行編程，利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行求解，這對(duì)技術(shù)人員的要求較高，在實(shí)際中工程技術(shù)人員難以掌握使用。有限元法需要利用有限元分析軟件建立軸承的有限元模型，再進(jìn)行求解計(jì)算。在利用有限元軟件計(jì)算轉(zhuǎn)盤軸承滾動(dòng)體載荷分布的傳統(tǒng)方法中，先對(duì)套圈和滾動(dòng)體進(jìn)行實(shí)體建模，并采用四面體單元S0LID92劃分網(wǎng)格。另外，在滾動(dòng)體和滾道的接觸部位，還要在滾動(dòng)體的接觸表面創(chuàng)建接觸單元C0NTACT174，在滾道的接觸表面創(chuàng)建目標(biāo)單元TARGET170，模型建完后進(jìn)行求解運(yùn)算。這種有限元模型占用的計(jì)算機(jī)資源很大，對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求高，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)(約為數(shù)天)，尤其是經(jīng)常遇到不收斂問題而導(dǎo)致計(jì)算失敗。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有的有限元法先計(jì)算軸承滾動(dòng)體載荷然后再利用該載荷數(shù)據(jù)計(jì)算安全系數(shù)時(shí)存在的對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求高、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)且容易導(dǎo)致計(jì)算失敗的問題，本發(fā)明提供了一種利用有限元建模判斷轉(zhuǎn)盤軸承是否滿足要求的方法，該方法采用有限元軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)盤軸承的建模，然后施加載荷并求解得到受載最大的滾動(dòng)體的載荷，并以此為依據(jù)套用公式計(jì)算出安全系數(shù)，然后判斷該安全系數(shù)是否滿足要求。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:利用有限元建模判斷轉(zhuǎn)盤軸承是否滿足要求的方法，在ANSYS有限元軟件中建立轉(zhuǎn)盤軸承的模型，然后在建立的轉(zhuǎn)盤軸承模型的外圈下端面上施加全自由度約束、在內(nèi)圈的上端面施加軸向載荷和傾覆力矩載荷以及在內(nèi)圈的內(nèi)徑圓柱面上施加徑向載荷，然后在以上受力條件下求解得到轉(zhuǎn)盤軸承中所有滾動(dòng)體的載荷數(shù)據(jù)，使用所有滾動(dòng)體載荷數(shù)據(jù)中最大的載荷數(shù)據(jù)計(jì)算得到滾動(dòng)體與滾道之間的最大接觸應(yīng)力，再利用該最大接觸應(yīng)力和給定材料的許用接觸應(yīng)力計(jì)算得到滾道的安全系數(shù)fs，將滾道的安全系數(shù)fs與所要滿足的安全系數(shù)fs'相比較，若fs > fs'，則此轉(zhuǎn)盤軸承滿足要求；
所述建立轉(zhuǎn)盤軸承的模型的包括如下步驟:
I)根據(jù)轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)在ANSYS有限元軟件中建立轉(zhuǎn)盤軸承的內(nèi)圈實(shí)體和外圈實(shí)體；
2)在步驟I)的基礎(chǔ)上，在每個(gè)滾動(dòng)體與兩條滾道的作用位置分別創(chuàng)建一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，將每一對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)相連得到線段以代替一個(gè)滾動(dòng)體；
3)在步驟2)的基礎(chǔ)上利用ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的四面體單元S0LID92對(duì)內(nèi)圈和外圈實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的桿單元LINKlO對(duì)代表滾動(dòng)體的線段進(jìn)行網(wǎng)格劃分，完成建模過程。所述轉(zhuǎn)盤軸承模型的內(nèi)圈實(shí)體和外圈實(shí)體，其建立包括以下步驟:
首先，根據(jù)轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)在ANSYS有限元軟件中建立轉(zhuǎn)盤軸承軸向截面輪廓上的關(guān)鍵點(diǎn)，然后連接建立的關(guān)鍵點(diǎn)生成轉(zhuǎn)盤軸承軸向截面的輪廓線；
其次，在上述基礎(chǔ)上利用轉(zhuǎn)盤軸承的參數(shù)建立轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈和外圈的截面，然后將內(nèi)圈截面繞軸承軸線旋轉(zhuǎn)掃掠360°生成內(nèi)圈實(shí)體，將外圈截面繞軸承軸線旋轉(zhuǎn)掃掠360°生成外圈實(shí)體。有益效果:本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)越性:
1)本發(fā)明利用有限元軟件ANSYS人機(jī)交互操作的界面優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于傳統(tǒng)的通過數(shù)學(xué)建模和編程求解計(jì)算的解析法來(lái)說(shuō)，降低了對(duì)使用人員的要求；
2)本發(fā)明利用有限元分析軟件ANSYS建立轉(zhuǎn)盤軸承的“桿-實(shí)體”混合有限元模型，省去了實(shí)體滾動(dòng)體與實(shí)體滾道之間接觸模型，該有限元模型顯著降低了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的要求，將計(jì)算時(shí)間大大縮短；
3)本發(fā)明所建立的有限元模型，省去了實(shí)體滾動(dòng)體與實(shí)體滾道之間的非線性接觸計(jì)算，將計(jì)算時(shí)間縮短為幾十秒鐘，避免了計(jì)算的不收斂問題。


圖1為三排圓柱滾子轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)示意 圖2為轉(zhuǎn)盤軸承套圈軸向截面輪廓線示意 圖3為轉(zhuǎn)盤軸承套圈的單元網(wǎng)格示意 圖4為轉(zhuǎn)盤軸承有限元模型的單元類型示意 圖5為轉(zhuǎn)盤軸承有限元模型的邊界約束與加載示意 圖6為使用本發(fā)明方法計(jì)算出的轉(zhuǎn)盤軸承的滾動(dòng)體載荷分布示意 圖7為使用本發(fā)明方法的計(jì)算結(jié)果；
圖8為使用傳統(tǒng)解析法的計(jì)算結(jié)果；
附圖標(biāo)記:1、內(nèi)圈，2、內(nèi)圈，3、滾動(dòng)體，4、隔離塊，5、密封圈，6、密封圈，7、滾動(dòng)體，8、保持架，9、滾動(dòng)體，10、保持架，11、密封圈，12、外圈。
具體實(shí)施例方式為了更清楚的理解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如某主機(jī)所使用轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)形式為三排滾子轉(zhuǎn)盤軸承，如附圖1所示，主要由內(nèi)圈(1，2)、滾動(dòng)體(3，7，9)、保持架(8，10)、隔離塊(4)、密封圈(5、6、11)、外圈(12)構(gòu)成，其中，上排滾動(dòng)體為主推力滾子，下排滾動(dòng)體為輔推力滾子，中間一排滾動(dòng)體為徑向滾子。軸承的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:主推力滾子中心圓直徑為5796 _，主推力滾子直徑為50mm，主推力滾子長(zhǎng)度為50 mm，主推力滾子數(shù)量為294 ;輔推力滾子中心圓直徑為5790 mm,輔推力滾子直徑為40 mm，輔推力滾子長(zhǎng)度為40 mm，輔推力滾子數(shù)量為354 ;徑向滾子中心圓直徑為5706 mm，徑向滾子直徑為30mm，徑向滾子長(zhǎng)度為30mm，徑向滾子數(shù)量為448。軸承在工作時(shí)承受載荷如下:徑向載荷為1000kN，軸向載荷為800 kN，傾覆力矩為IOOOOkN.m。主機(jī)要求軸承的安全系數(shù)為2.5，要求計(jì)算軸承的安全系數(shù)能否滿足要求。利用有限元建模判斷轉(zhuǎn)盤軸承是否滿足要求的方法，包括以下步驟:
1)根據(jù)轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)在ANSYS有限元軟件中建立轉(zhuǎn)盤軸承軸向截面的關(guān)鍵點(diǎn)，然后連接建立的關(guān)鍵點(diǎn)生成轉(zhuǎn)盤軸承軸向截面的輪廓線；
首先，設(shè)置本發(fā)明轉(zhuǎn)盤軸承有限元模型所用到的兩種單元類型:四面體單元S0LID92和桿單元LINKlO ；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)—Preprocessor (前處理器)—Element Type (單兀類型)—Add/Edit/Delete (增加 / 編輯/刪除)”，彈出“Element Types”對(duì)話框，在對(duì)話框中添加S0LID92和LINK10兩種單元類型；
其次，在軸承的軸向截面中，套圈的截面是由若干條線段組成的封閉區(qū)域，在這些線段的端點(diǎn)建立關(guān)鍵點(diǎn)，如，外圈上排滾道與上端面的交點(diǎn)、外圈上端面與外圓柱面的交點(diǎn)、夕卜圈外圓柱面與下端面的交點(diǎn)等；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)
—Preprocessor (前處理器)—Modeling (建模)—Creat (創(chuàng)建)—Keypoints (關(guān)鍵點(diǎn))
—In Active CS (在活動(dòng)坐標(biāo)系中)”，然后彈出對(duì)話框，在對(duì)話框中輸入關(guān)鍵點(diǎn)的編號(hào)和坐標(biāo)值。按照這種方法創(chuàng)建所有的關(guān)鍵點(diǎn)；
最后，在軸承的軸向截面中，連接已定義的相鄰關(guān)鍵點(diǎn)得到截面的輪廓線；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)
—Preprocessor (前處理器)—Modeling (建模)—Creat (創(chuàng)建)—Line (線)—Lines(創(chuàng)建線)一In Active CS (在活動(dòng)坐標(biāo)系中)”，然后彈出對(duì)話框，用鼠標(biāo)依次選中兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)生成線段，按照這種方法創(chuàng)建所有的線段，這些線段構(gòu)成套圈的截面輪廓，如附圖2所示；
2)在步驟I)的基礎(chǔ)上利用轉(zhuǎn)盤軸承的參數(shù)建立轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈和外圈的截面，然后將內(nèi)圈截面繞軸承軸線旋轉(zhuǎn)掃掠360°生成內(nèi)圈實(shí)體，將外圈截面繞軸承軸線旋轉(zhuǎn)掃掠360°生成外圈實(shí)體；
首先，在軸承的軸向截面中，由已定義的套圈的截面輪廓線生成內(nèi)圈和外圈的截面； 具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)
—Preprocessor (前處理器)—Modeling (建模)—Creat (創(chuàng)建)—Area (面)—Arbitrary(任意形狀)一By Lines (通過線)”，然后彈出對(duì)話框，用鼠標(biāo)依次選內(nèi)圈的截面輪廓線，點(diǎn)擊“0K”按鈕得到內(nèi)圈的截面。按照這種方法再得到外圈的截面；
其次，將內(nèi)圈截面繞軸承軸線旋轉(zhuǎn)掃掠360°生成內(nèi)圈實(shí)體；將外圈截面繞軸承軸線旋轉(zhuǎn)掃掠360°生成外圈實(shí)體；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)—Preprocessor (前處理器)—Modeling (建模)—Operate (操作)—Extrude (拉伸)—Areas(面)一About Axis(關(guān)于軸)”,然后彈出對(duì)話框,用鼠標(biāo)選內(nèi)圈的截面，點(diǎn)擊“OK”按鈕；再?gòu)棾鰧?duì)話框，用鼠標(biāo)選旋轉(zhuǎn)軸線上的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，點(diǎn)擊“0K”按鈕；彈出“Swe印Areasabout Axis”對(duì)話框，在對(duì)話框中輸入旋轉(zhuǎn)角度為360°，生成內(nèi)圈實(shí)體；按照這種方法再生成外圈實(shí)體；
3)在步驟2)的基礎(chǔ)上，在每個(gè)滾動(dòng)體與兩條滾道的作用位置分別創(chuàng)建一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，將每一對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)相連得到線段以代替一個(gè)滾動(dòng)體；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)
—Preprocessor (前處理器)—Modeling (建模)—Creat (創(chuàng)建)—Keypoints (關(guān)鍵點(diǎn))
—In Active CS (在活動(dòng)坐標(biāo)系中)”，然后彈出對(duì)話框，在對(duì)話框中輸入關(guān)鍵點(diǎn)的編號(hào)和坐標(biāo)值，按照這種方法創(chuàng)建所有的關(guān)鍵點(diǎn)；
在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)一Preprocessor (前處理器)
—Modeling (建模)一Creat (創(chuàng)建)一Line (線)一Lines (創(chuàng)建線)一In Active CS (在活動(dòng)坐標(biāo)系中)”，然后彈出對(duì)話框，用鼠標(biāo)依次選中兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)生成線段；按照這種方法創(chuàng)建所有的線段，用每一條線段代替一個(gè)滾動(dòng)體；
4)在步驟3)的基礎(chǔ)上，對(duì)內(nèi)圈實(shí)體、外圈實(shí)體以及代表滾動(dòng)體的線段進(jìn)行網(wǎng)格劃分； 首先，利用四面體單元S0LID92對(duì)內(nèi)圈和外圈實(shí)體劃分網(wǎng)格；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)—Preprocessor (前處理器)—Meshing (網(wǎng)格)—Mesh Attributes (網(wǎng)格屬性)—AllVolumes (所有體)”，然后彈出“Volume Attributes”對(duì)話框，設(shè)置單元的類型為“S0LID92”；在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)一Preprocessor (前處理器)
—Meshing (網(wǎng)格)一Mesh (劃分網(wǎng)格)一Volumes (體)一Free (自由劃分)”，然后彈出“Mesh Volume”對(duì)話框，用鼠標(biāo)選中軸承的內(nèi)圈和外圈實(shí)體模型，點(diǎn)擊“OK”按鈕進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如附圖3所示；
其次，利用桿單元LINKlO對(duì)代表滾動(dòng)體的線段進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)—Preprocessor (前處理器)—Meshing (網(wǎng)格)—Mesh Attributes (網(wǎng)格屬性)—AllLines (所有線)”，然后彈出“Line Attributes”對(duì)話框，設(shè)置單元的類型為“LinklO” ；
在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)一Preprocessor (前處理器)
—Meshing (網(wǎng)格)一Mesh (劃分網(wǎng)格)一Lines (線)，然后彈出“Mesh Line”對(duì)話框,用鼠標(biāo)逐一選中每一根代表每一個(gè)滾動(dòng)體的線段，點(diǎn)擊“0K”按鈕進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如附圖4所示；
5)在步驟4)建立的轉(zhuǎn)盤軸承模型的外圈下端面上施加全自由度約束、在內(nèi)圈的上端面施加軸向載荷和傾覆力矩載荷、在內(nèi)圈的內(nèi)徑圓柱面上施加徑向載荷；
首先，對(duì)轉(zhuǎn)盤軸承模型的外圈下端面施加所有自由度的約束；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu(主菜單)一Solution(求解)—Define Loads (定義載荷)—Apply (加載)—Structural (結(jié)構(gòu))—Displacement(位移)一On Areas (在面上)”,然后彈出“Apply U, ROT on Areas”對(duì)話框,用鼠標(biāo)選中軸承外圈的下底面，點(diǎn)擊“0K”按鈕，彈出“Apply U, ROT on Areas”對(duì)話框，在對(duì)話框中設(shè)置“ALL D0F”，再點(diǎn)擊“0K”按鈕，對(duì)軸承的外圈下端面施加所有自由度的約束(包括沿著X、Y、Z坐標(biāo)軸的平移自由度和繞著X、Y、Z坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)自由度)，如附圖5所示；
其次，在軸承的內(nèi)圈上分別施加軸向載荷、傾覆力矩載荷以及在在內(nèi)圈的內(nèi)徑圓柱面上施加徑向載荷；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu(主菜單)一Solution(求解)—Define Loads (定義載荷)—Apply (加載)—Structural (結(jié)構(gòu))—Pressure (壓力)一On Areas (在面上)”,然后彈出“Apply PRES on Areas”對(duì)話框,用鼠標(biāo)選中軸承內(nèi)圈的上端面，點(diǎn)擊“0K”按鈕，彈出“Apply PRES on Areas”對(duì)話框，在對(duì)話框中設(shè)置“LoadPRES value”的數(shù)值，再點(diǎn)擊“0K”按鈕，完成軸承的軸向加載。按照此方法，用鼠標(biāo)選中軸承內(nèi)圈的內(nèi)圓柱面，完成軸承的徑向加載；
在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)一Solution (求解)一DefineLoads (定義載荷)一Apply (加載)一Structural (結(jié)構(gòu))一Force/Moment (力 / 力矩)
—On Nodes (在節(jié)點(diǎn)上)”，然后彈出“Apply F/M on Nodes”對(duì)話框，用鼠標(biāo)選中軸承內(nèi)圈的上端面，點(diǎn)擊“0K”按鈕，彈出“Apply F/M on Nodes”對(duì)話框，在對(duì)話框中設(shè)置載荷的方向和數(shù)值，再點(diǎn)擊“0K”按鈕。按照同樣的方法，在軸承內(nèi)圈的上端面與此載荷相對(duì)應(yīng)的徑向位置施加一個(gè)大小相等且方向相反的載荷，實(shí)現(xiàn)軸承的力矩加載，如附圖5所示；
6)對(duì)所建立的轉(zhuǎn)盤軸承模型在步驟5)的受力條件下進(jìn)行求解，得到轉(zhuǎn)盤軸承的所有滾動(dòng)體的載荷數(shù)據(jù)；
具體操作如下:在ANSYS軟件的界面中，通過操作“Main Menu (主菜單)一Solution(求解)一Solve (求解)一Current LS (求解當(dāng)前載荷步)”,點(diǎn)擊“0K”按鈕進(jìn)行有限元模型的求解；
在ANSYS求解完成后,在界面中通過操作“Main Menu(主菜單)一GeneralPostproc (通用后處理器)一List Results (列表顯示結(jié)果)一Nodal Loads (節(jié)點(diǎn)載荷)”,彈出“ListNodal Loads”對(duì)話框，在對(duì)話框中選中“All items”，點(diǎn)擊“OK”按鈕進(jìn)行求解結(jié)果的輸出；
7)利用滾動(dòng)體受到的最大載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行軸承的安全系數(shù)計(jì)算
通過對(duì)有限元模型的求解計(jì)算，得到所有的滾動(dòng)體載荷數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)行軸承的安全系數(shù)計(jì)算。附圖6所示為利用本發(fā)明方法計(jì)算出的轉(zhuǎn)盤軸承的滾動(dòng)體載荷分布，從圖中數(shù)據(jù)可以得到最大滾動(dòng)體載荷Qmax，根據(jù)公式。_=190.6.(Qfflax.Σ P/lw)°_5可以計(jì)算得到滾動(dòng)體與滾道之間的最大接觸應(yīng)力σ_。給定轉(zhuǎn)盤軸承材料的許用接觸應(yīng)力[ο max]=4000MPa，再利用公式fs=([ σ max]/o max)2可以計(jì)算得到算每排滾道的安全系數(shù)。所述公式中各項(xiàng)參數(shù)符號(hào)表示的含義如下:
ΣP-主曲率和函數(shù)
Iw—滾子長(zhǎng)度
本發(fā)明方法與傳統(tǒng)解析法的計(jì)算結(jié)果分別如附圖7和附圖8所示；
由附圖7和附圖8可以得出，利用本發(fā)明提供的方法計(jì)算出的結(jié)果與傳統(tǒng)解析法計(jì)算出的結(jié)果十分接近，這說(shuō)明本發(fā)明所建立的簡(jiǎn)化的轉(zhuǎn)盤軸承有限元模型是合理的。根據(jù)本發(fā)明方法的計(jì)算結(jié)果，軸承的安全系數(shù)為表I中安全系數(shù)中的最小值:16.661，以此系數(shù)作為軸承選型和設(shè)計(jì)是否滿足要求的判斷依據(jù):此軸承安全系數(shù)遠(yuǎn)大于主機(jī)所要求的2.5，能夠滿足主機(jī)要求，且較為富余，即該轉(zhuǎn)盤軸承滿足要求。
權(quán)利要求
1.利用有限元建模判斷轉(zhuǎn)盤軸承是否滿足要求的方法，在ANSYS有限元軟件中建立轉(zhuǎn)盤軸承的模型，然后在建立的轉(zhuǎn)盤軸承模型的外圈下端面上施加全自由度約束、在內(nèi)圈的上端面施加軸向載荷和傾覆力矩載荷以及在內(nèi)圈的內(nèi)徑圓柱面上施加徑向載荷，然后在以上受力條件下求解得到轉(zhuǎn)盤軸承中所有滾動(dòng)體的載荷數(shù)據(jù)，使用所有滾動(dòng)體載荷數(shù)據(jù)中最大的載荷數(shù)據(jù)計(jì)算得到滾動(dòng)體與滾道之間的最大接觸應(yīng)力，再利用該最大接觸應(yīng)力和給定材料的許用接觸應(yīng)力計(jì)算得到滾道的安全系數(shù)fs，將滾道的安全系數(shù)fs與所要滿足的安全系數(shù)fs'相比較，若fs > fs'，則此轉(zhuǎn)盤軸承滿足要求； 其特征在于:所述建立轉(zhuǎn)盤軸承的模型的包括如下步驟: 1)根據(jù)轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)在ANSYS有限元軟件中建立轉(zhuǎn)盤軸承的內(nèi)圈實(shí)體和外圈實(shí)體； 2)在步驟I)的基礎(chǔ)上，在每個(gè)滾動(dòng)體與兩條滾道的作用位置分別創(chuàng)建一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，將每一對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)相連得到線段以代替一個(gè)滾動(dòng)體； 3)在步驟2)的基礎(chǔ)上利用ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的四面體單元S0LID92對(duì)內(nèi)圈和外圈實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的桿單元LINKlO對(duì)代表滾動(dòng)體的線段進(jìn)行網(wǎng)格劃分，完成建模過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用有限元建模判斷轉(zhuǎn)盤軸承是否滿足要求的方法，其特征在于:所述轉(zhuǎn)盤軸承模型內(nèi)圈實(shí)體和外圈實(shí)體，其建立包括以下步驟: 1)根據(jù)轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)在ANSYS有限元軟件中建立轉(zhuǎn)盤軸承軸向截面的關(guān)鍵點(diǎn)，然后連接建立的關(guān)鍵點(diǎn)生成轉(zhuǎn)盤軸承軸向截面的輪廓線； 2)在步驟I)的基礎(chǔ)上利用轉(zhuǎn)盤軸承的參數(shù)建立轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈和外圈的截面，然后將內(nèi)圈截面繞軸承軸線旋轉(zhuǎn)掃掠360°生成內(nèi)圈實(shí)體，將外圈截面繞軸承軸線旋轉(zhuǎn)掃掠360°生成外圈實(shí)體。
全文摘要
利用有限元建模判斷轉(zhuǎn)盤軸承是否滿足要求的方法，根據(jù)轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)在ANSYS軟件中建立轉(zhuǎn)盤軸承的模型，在轉(zhuǎn)盤軸承模型外圈下端面上施加全自由度約束，在內(nèi)圈上施加徑向載荷、軸向載荷和傾覆力矩載荷，求解得出滾動(dòng)體的載荷數(shù)據(jù)，利用最大的滾動(dòng)體載荷數(shù)據(jù)計(jì)算出該軸承的安全系數(shù)，并判斷其是否滿足要求。本發(fā)明利用有限元分析軟件ANSYS建立轉(zhuǎn)盤軸承的“桿-實(shí)體”混合有限元模型，省去了實(shí)體滾動(dòng)體與實(shí)體滾道之間接觸模型，該有限元模型顯著降低了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的要求，將計(jì)算時(shí)間大大縮短。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103116672SQ20131003547
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者李云峰 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)