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2017-03-05 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
對于機(jī)械專業(yè)的學(xué)生來說,幾何公差與配合絕對是重中之重。但是可能大部分學(xué)生主要還是停留在查詢機(jī)械設(shè)計手冊上,并不清楚間隙量與過盈量不合適會導(dǎo)致配合時出現(xiàn)什么后果,或者也只能直觀的感覺塞不進(jìn)去或者有松動。下面我就用一個深溝球軸承大過盈配合分析來說明一下,在大過盈的情況下,軸承會受到多大的傷害。
問題產(chǎn)生
小高:怎么樣,軸承到了嗎?
小王:到了,3*8*4(內(nèi)徑*外徑*厚)的軸承40個。
小高:我這邊錳鋼也選好了,不過最小的只有直徑3.2mm的,不知道裝不裝得進(jìn)去。
小王:每邊才過盈0.1mm,別擔(dān)心,好裝。
小高:好嘞!
......幾分鐘之后
小王:怎么啦,還沒裝好嗎?
小高:你幫我扶著,我拿錘子錘進(jìn)去。
后面就不說了,結(jié)果就是軸承直接爆圈了,勉勉強(qiáng)強(qiáng)可以轉(zhuǎn)動也是磕嗒磕嗒的。
很明顯,在0.1mm的過盈量下,軸承內(nèi)部滾珠有明顯的大變形。下面就開始對著問題進(jìn)行研究。
工況
直徑3.2mm的錳鋼強(qiáng)行塞入規(guī)格為3*8*4mm的普通微深溝球軸承。由于軸承具有周期性,每一周期內(nèi)部又具有對稱性,因此整體建模可以簡化為半個軸承周期。(此分析中不考慮端蓋以及擋圈),下面是幾何模型與簡化后的模型(錳鋼由于有限元建模需要,中間掏空了一小部分,但并不影響整體分析)
有限元模型建立(前處理在hm中進(jìn)行)
將上述建立好的幾何模型導(dǎo)入hm中,對各部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分,如下(接觸分析的話盡量保證網(wǎng)格的質(zhì)量,要不可能會很難收斂)
屬性賦予
在3D面板下的ET Types中創(chuàng)建一個solid185單元的鏈接,然后在properties中創(chuàng)建solid185單元屬性,創(chuàng)建兩個材料分別為bearing與steel,均為雙線性等向強(qiáng)化彈塑性材料,弾性模型:2.1e5MPa,泊松比:0.3,摩擦系數(shù):0.1,切線模量:1e4MPa,屈服極限分別為450MPa與900MPa,然后將創(chuàng)建好的單元以及材料分別賦予軸承和錳鋼。
接觸創(chuàng)建
這里需要創(chuàng)建三各接觸對,分別為軸承外圈與滾珠,軸承內(nèi)圈與滾珠,錳鋼與軸承內(nèi)圈。統(tǒng)一使用增廣的拉格朗日算法,高斯點(diǎn)檢測,允許每一子步更新接觸剛度,不自動調(diào)整接觸對。其中軸承與滾珠的接觸不考慮接觸對偏移和穿透,錳鋼與軸承的接觸僅考慮接觸對偏移并且漸進(jìn)施加(在conf中施加0.1mm的接觸對偏移模擬過盈量)
邊界條件建立
求解設(shè)置
在analysis中的control cards中進(jìn)行如下設(shè)置:
分別為進(jìn)入求解設(shè)置,定義分析類型,打開自動時間步長,輸出所有子部,定義分析步數(shù)以及求解。(這部分不進(jìn)行具體說明)
定義完以后導(dǎo)出為ansys的cdb格式,直接在經(jīng)典界面讀取該文件進(jìn)行分析。
結(jié)果后處理
求解完成以后,利用hyperview直接讀取ansys的rst求解文件,下面是求解結(jié)果:
施加1/5過盈量時的整體米塞斯應(yīng)力分布
施加全部過盈量時的整體米塞斯應(yīng)力分布
整體擴(kuò)展米塞斯應(yīng)力云圖
可見在0.1mm過盈量之下,軸承內(nèi)圈大部分,特別是滾珠與內(nèi)外圈接觸部分,應(yīng)力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)設(shè)置的屈服應(yīng)力,而且滾珠也從圓形壓成了一定的小橢形。
所以別看是小小的0.1mm過盈,對于裝配來說,很有可能就直接造成永久性的失效。該分析也可以改變過盈量,來看到底多大的過盈量才算合適。
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