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深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡單，與別的類型相比易于達(dá)到較高的制造精度，所以便于成系列大批量生產(chǎn)，制造成本也較低，使用極為普遍，可廣泛用于變速箱、儀器儀表、電機(jī)、家用電器、內(nèi)燃機(jī)、交通車輛、農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械、工程機(jī)械等。滾動軸承的主要失效形式是滾動體的接觸疲勞剝落，軸承各個(gè)尺寸參數(shù)不可避免地存在原始制造誤差，各類誤差對軸承的工作性能抗膠合能力、彈性變形有重要影響，對深溝球軸承進(jìn)行接觸有限元分析可以得到軸承內(nèi)部的真實(shí)的接觸應(yīng)力和應(yīng)變情況，具有重大的意義。COSMOS Simulation是SRAC推出的一套強(qiáng)大的有限元分析軟件，它是完全整合在SolidWorks，2009版之前叫設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)的，提供壓力、頻率、約束、熱量和優(yōu)化分析。為設(shè)計(jì)工程師在SolidWorks的環(huán)境下，提供比較完整的分析手段。憑借先進(jìn)的快速有限元技術(shù)，工程師能非常迅速地實(shí)現(xiàn)對大規(guī)模的復(fù)雜設(shè)計(jì)的分析和驗(yàn)證，并且獲得修正和優(yōu)化設(shè)計(jì)所需的必要信息，縮短了設(shè)計(jì)所需的時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和降低了設(shè)計(jì)成本，是目前廣為流行的CAE軟件。該軟件支持裝配體和多實(shí)體靜態(tài)算例、非線性算例、動態(tài)算例、掉落測試算例和熱力算例的接觸條件。對于靜態(tài)算例和非線性算例，可以考慮接觸面之間摩擦的影響。深溝球軸承的內(nèi)圈與滾動體，外圈與滾動體之間存在接觸，利用COSMOS Simulation對深溝球軸承進(jìn)行接觸有限元分析可以模擬深溝球軸承的真實(shí)的工況條件，使分析更準(zhǔn)確。
對深溝球軸承進(jìn)行有限元分析，其力學(xué)模型的正確與否直接影響到分析結(jié)果，在SolidWorks中深溝球軸承已經(jīng)建成標(biāo)準(zhǔn)庫了，但是其標(biāo)準(zhǔn)庫生成的深溝球軸承是沒有保持架的，所以在標(biāo)準(zhǔn)庫中建立模型之后，需要補(bǔ)建保持架，另外把不影響分析的結(jié)構(gòu)簡化，如倒角、圓角等。這樣在劃分網(wǎng)格的時(shí)候可以減少劃分時(shí)間。由于該結(jié)構(gòu)屬于對稱結(jié)構(gòu)，故只需要取一半進(jìn)行分析。
根據(jù)深溝球軸承的實(shí)際工作情況，滾珠與軸承內(nèi)圈有接觸，所以建立各個(gè)滾珠與軸承內(nèi)圈的無穿透相觸面組，因?yàn)樵谝粋�(gè)特定的時(shí)間只有一半的球面與軸承內(nèi)圈相接觸，此時(shí)要注意把滾珠分為兩半，滾珠與軸承外圈有接觸，建立各個(gè)滾珠與軸承外圈的無穿透相接觸面2軸承外圈的外圓柱面施加固定約束，軸承內(nèi)圈的內(nèi)圓柱面軸向與圓周固定，徑向不固定。各個(gè)軸承沿各個(gè)參考平面方向固定，與面垂直的方向不固定。軸承內(nèi)圈，軸承外圈與保持架施加對稱約束。保持架在滾珠的各個(gè)點(diǎn)施加固定約束。
在軸承內(nèi)圈的內(nèi)圓柱面上施加軸承徑向約束，約束力的大小為軸承受最大載荷時(shí)的約束力，約束力為7500 N。
利用COSMOS Simulation所推薦網(wǎng)格大小進(jìn)行實(shí)體網(wǎng)絡(luò)劃分，并對模型進(jìn)行計(jì)算。
仿真得到深溝球軸承的內(nèi)圈、外圈、滾珠之間的接觸力，接觸應(yīng)力，應(yīng)變的變化情況，同時(shí)也可以得到深溝球軸承的位移變化情況。可以看出，深溝球軸承的接觸力變化情況，深溝球軸承的接觸力主要集中在下半圈，最底下的滾珠受接觸力最大。內(nèi)外圈接觸力也是與最底下的滾珠接觸部位受力最大，這與實(shí)際情況相符。可以看出軸承內(nèi)圈的應(yīng)力最大，最大應(yīng)力為649.4 MPa內(nèi)圈與最下面的滾珠和外圈的最底部受應(yīng)力大，是容易出現(xiàn)破壞的地方。可以綜合考慮軸承原始制造誤差、載荷等條件對軸承的影響，對軸承進(jìn)行多次有限元仿真接觸分析，可以得到這些條件對軸承各個(gè)部分接觸力及應(yīng)力、位移的變化的影響，這對軸承的強(qiáng)度分析和壽命設(shè)計(jì)可以提供理論依據(jù)具有現(xiàn)實(shí)的意義。
提出了一種對軸承進(jìn)行有限元分析的方法，得到了軸承各部分接觸力，接觸應(yīng)力的情況，該方法不受實(shí)驗(yàn)次數(shù)和條件限制，為軸承設(shè)計(jì)和破壞研究提供理論依據(jù)，這種方法可以分析軸承原始制造誤差以及載荷等不同工況對軸承接觸應(yīng)力、應(yīng)變位移變化的影響，這對軸承的強(qiáng)度分析和壽命設(shè)計(jì)可以提供理論依據(jù)，具有現(xiàn)實(shí)的意義。
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