轴承座的分析 1.docx
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轴承座的分析 1.docx
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轴承座的分析1
广东白云学院
《工程有限元方法》课程结业设计
学生姓名:
学号:
班级:
专业(全称):
指导教师:
2015年06月
基于ANSYS的轴承座结构静力学分析
一、轴承座模型描述
图1轴承座实体模型
根据轴承座工作中实际受力情况,在小孔施加径向载荷,大孔施加向下的载荷,轴承座底部施加约束(UY),四个安装孔施加径向约束(对称)。
建立轴承座有限元模型,对其进行静力学分析。
二、实体模型的建立
根据该轴承座几何对称性,只需建立轴承座的半个实体对称模型,在进行镜像操作即可。
采用自下而上的建模方法创建基座模型。
(1)生成长方体
MainMenu:
Preprocessor>Modeling->Create>Volumes->Block>ByDimensions
输入x1=0,x2=60,y1=0,y2=20,z1=0,z2=60
平移并旋转工作平面
UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements
X,Y,ZOffsets输入45,25,15点击Apply
XY,YZ,ZXAngles输入0,-90,0点击OK。
创建圆柱体
MainMenu:
Preprocessor>Create>Cylinder>SolidCylinder
Radius输入15/2,Depth输入-30,点击OK。
拷贝生成另一个圆柱体
MainMenu:
Preprocessor>Copy>Volume拾取圆柱体,点击Apply,DZ输入30然后点击OK
从长方体中减去两个圆柱体
MainMenu:
Preprocessor>Operate>SubtractVolumes首先拾取被减的长方体,点击Apply,然后拾取减去的两个圆柱体,点击OK。
建立的实体模型如图2所示
图2轴承座底座模型
使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致
UtilityMenu>WorkPlane>AlignWPwith>GlobalCartesian
(2)创建支撑部分
MainMenu:
Preprocessor->-Modeling-Create->-Volumes-Block->By2corners&Z
在创建实体块的参数表中输入下列数值:
WPX=0;WPY=20;Width=30;Height=35;Depth=15
创建轴承支撑部分,如图3所示
图3轴承底座与支撑部分
(3)偏移工作平面到轴瓦支架的前表面
UtilityMenu:
WorkPlane->OffsetWPto->Keypoints+
1.在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点
2.OK
(4)创建轴瓦支架的上部
MainMenu:
Preprocessor->Modeling-Create->Volumes-Cylinder->PartialCylinder+
1).在创建圆柱的参数表中输入下列参数:
WPX=0;WPY=0;Rad-1=0;Theta-1=0;Rad-2=30;Theta-2=90;Depth=-15
所创建圆柱如图4所示
图4支撑部分
(5)在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备
MainMenu:
Preprocessor->Modeling-Create->Volume-Cylinder->SolidCylinder
1.)输入下列参数:
WPX=0;WPY=0;Radius=20;Depth=-3
2.)拾取Apply
3.)输入下列参数:
WPX=0;WPY=0;Radius=17;Depth=-40
4.)拾取OK,创建辅助圆柱如图5所示
图5辅助穿孔建模
(6)从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔.
MainMenu:
Preprocessor->Modeling-Operate->Subtract->Volumes+
1.拾取构成轴瓦支架的两个体,作为布尔“减”操作的母体。
单击Apply
2.拾取大圆柱作为“减”去的对象。
单击Apply
3.拾取步1中的两个体,单击Apply
4.拾取小圆柱体,单击OK
所创建轴承孔、轴瓦支架如图6所示
图6所建轴承孔轴瓦支架
合并重合的关键点:
–MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems•
将Label设置为“Keypoints”,单击[OK]
(7)创建一个关键点
在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点:
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>KPbetweenKPs•拾取如图的两个关键点,单击[OK]
•RATI=0.5,单击[OK]
(8)创建一个三角面并形成三棱柱
MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitrary>ThroughKPs
1.拾取轴承孔座与整个基座的交点。
2.拾取轴承孔上下两个体的交点
3.拾取基座上上步建立的关键点,单击OK完成了三角形侧面的建模。
4.沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。
–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude>-Areas-AlongNormal+
•拾取三角面,单击[OK]
5.输入DIST=-3,厚度的方向是向轴承孔中心,单击[OK]
所建三角形肋板如图7所示
图7三角形肋板的建立
(9)关闭workingplanedisplay.
UtilityMenu:
WorkPlane->DisplayWorkingPlane(toggleoff)
(10)沿坐标平面镜像生成对称部分
依次选择MainMenu->Preprocessor->Modeling-Reflect->Volumes,在弹出的拾取对话框中拾取All按钮,在弹出的拾取对话框中拾取Y-Zplane,单击OK。
(11)粘接所有体.
MainMenu:
Preprocessor->Modeling-Operate->Booleans-Glue->Volumes拾取All,轴承座实体模型建立完毕,如图8所示
图8轴承座实体模型
三、网格划分
网格划分是有限元分析的关键环节,有时候好的网格划分不仅可以节约计算时间,而且往往是求解成功的关键。
划分网格一般包括以下三个步骤:
定义单元属性(TYPE、REAL、MAT)、制定网格的控制参数、生成网格。
具体步骤如下:
1、定义材料属性及选择单元类型:
MainMenu->Preprocessor->Material->Structural-Linear-Elastic-Isotropic
指定线弹性材料的弹性模量EX=2.07e11pa,泊松比PRXY=0.3;单击OK按钮
依次选择MainMenu->Preprocessor->ElementType->Add/Edit/Delete,在弹出的对话框中选择Add按钮,在左侧Structural中选择“Solid”,然后从右侧选择Tet10Node92,单击OK按钮。
2、用网格划分工具MeshTool将几何模型划分单元
依次选择MainMenu->Preprocessor->MeshTool,启动网格划分工具,将智能网格划分(SmartSizing)设定为“on”;将滑动码设置为“6”;确认MeshTool的各项为“Volumes”,“Tet”和“Free”;单击MESH按钮,然后选择Pickall按钮,单击OK按钮。
网格划分如图9所示:
图9网格划分的有限元模型
四、轴承座载荷的施加
1、根据已有条件有:
轴承孔所受到的径向合力为Fr=18x1000N=18000N;轴承孔半径r=17mm;轴承孔厚度b=12mm。
由于我们整个模型进行结构分析,故整个轴承座孔的径向均布载荷
=5.6172x107pa,而实际情况轴承孔所承受的并非均布载荷,轴承孔最下部分受载荷最大,左右两腰部分所受载荷最小几乎为零,即轴承座孔面上所受载荷是非线性的。
故,我们将其近似为P1=P0x0.75=4.2129x107pa。
轴向均布压力载荷P2=0.2P0=1.1234x107pa。
2、轴承座的约束情况:
根据实际结构和安装情况,轴承座是靠底座的四个螺栓孔与安装基座相连接来实现固定的,此处为刚性约束,可以在其孔面上施加限制X、Z方向的对称约束,而在底面边线上施加Y方向上为应为零的约束。
这样与实际情况基本相符。
3、具体模型加载步骤如下:
(1)约束四个安装孔
依次选择MainMenu:
Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Displacement→SymmetryB.C.→OnAreas
拾取四个安装孔的8个柱面(每个圆柱面包括两个面),单击OK
(2)在整个基座的底部施加位移约束(UY=0)
依次选择MainMenu:
Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Displacement→onLines+
拾取基座底部的六条边界线,pickingmenu中的“count”应等于6,单击OK,选择UY作为约束自由度,单击OK。
(3)在导孔端面上施加推力载荷(面载荷)
MainMenu:
Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→拾取轴承孔上宽度为“3”的所有面→OK→输入面上的压力值“1.1234x107pa”
→Apply
(4)用箭头显示压力值
依次选择UtilityMenu->PlotCtrls->Symbols,将“Showpresandconvectas”选项为“Arrows”,单击OK按钮。
(5)在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷
依次选择MainMenu:
Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→拾取宽度为17的所有柱面→OK→输入压力值4.2129x107pa→OK。
约束与载荷的施加如图10所示
图10约束与载荷的施加
4、求解及结果分析
1、依次选择MainMenu->Solution->Solve-CurrentLS,忽略警告。
图11求解结果应力应变值
2、求解结果的应力应变图
图12米塞斯等效应力图
图13总位移图
图14受载后变形图
五、学习总结
总结学习的收获、心得体会,300字左右。
题目一:
六方孔螺钉投用扳手的静力学分析
题目二:
阶梯轴施加扭矩、弯矩的静力学分析
题目三:
压气机盘的轴对称结构静力学分析
提交的内容:
1、纸质双面打印版作业;2、电子版文件(ansys分析源文件+word版作业)
附:
格式规范要求如下:
(1)一级标题(题目)采用黑体小三号字体,二级标题采用黑体四号;
(2)正文采用宋体小四号字体,1.5倍行间距;正文中英文字母采用TimesnewRoman字体;
(3)图片须在插图下方配有编号、名称。
如:
图5米塞斯应力云图;字体采用宋体5号
(4)表格须在表格上方配有编号名称,如:
表1-1模型参数表
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- 轴承座的分析 轴承 分析