椭圆滚道与圆弧滚道承载能力分析比较

董亚莲 余云霓

(1.中冶华天南京工业炉有限公司 安徽 马鞍山243005

2.马鞍山方圆回转支承股份有限公司 安徽 马鞍山 243052)

椭圆滚道与圆弧滚道承载能力分析比较

董亚莲1余云霓2

(1.中冶华天南京工业炉有限公司 安徽 马鞍山243005

2.马鞍山方圆回转支承股份有限公司 安徽 马鞍山 243052)

本文通过对椭圆滚道进行理论计算，确定其重要参数，然后进行CAE模拟，计算出椭圆滚道与圆弧滚道的最大Mises等效应力并加以比较，结果证明：椭圆滚道的承载能力并不优于圆弧滚道。

椭圆滚道；圆弧滚道；CAE；承载能力

一、椭圆滚道的计算

椭圆滚道与圆弧滚道的回转方式都为单排四点接触球式回转支承。接触角及T与椭圆长、短半轴及钢球半径有关，若保证R为定值时，a、b取何值时才能保证接触角

，则：

二、建立模型

利用计算机对其椭圆滚道与圆弧滚道进行数值模拟，由于两种滚道外形相差很小，模型必须严格按1：1比例建立。利用solidworks三维软件，以QUA200.20型号回转支

计算出椭圆滚道的长、短半轴长度后，我们可以利用有限元软件simulation对其进行CAE数值模拟。承为例建立椭圆滚道和圆弧滚道三维模型，对模型进行简化时不考虑密封条、油嘴、隔离块，堵塞，销等微小因素的影响。模型由三个零件组成，一个外圈，一个内圈，27个钢球，钢球直径ф19.844。模型如图1所示。

三、网格划分

由于计算结果受离散误差的影响，所以网格划分非常重要。Simulation的H自适应网格划分方法的特点是[1][2]：1.适合装配体的实体单元的静态分析研究、2.在应变能误差较高的区域使用较小的网格尺寸，所以我们利用simulation采用全局二阶单元，H自适应网格划分。网格的单元数123281，自由度533556。

四、施加载荷

施加约束：由于计算结果受边界条件影响，在选择约束面时，选择内圈侧面、外圈侧面、内圈安装孔、外圈安装孔施加约束，计算结果有所不同。我们选择外圈安装孔施加全约束进行模拟，此时最接近回转支承的实际工作状态。

图1 简化模型

施加力： QNA200.20的最大承载轴向力为Fa=52*104N左右，我们对其施加Fa=55*104N力进行分析。定义接触：针对27个钢球的表面分别对内外圈滚道定义，无穿透，面面接触。接触组54对。材料属性定义：采用全模型定义材料的弹性模量e=2.1*1011pa，柏松比μ=0.28。

五、结论

在施加相同轴向载荷的情况下，椭圆滚道的最大Mises等效应力为451Mpa，圆弧滚道的最大Mises等效应力为432Mpa。

分析结果证明：根据简化模型分析椭圆滚道的承载能力略小于圆弧滚道的承载能力。

[1]solidworks 公司. SolidWorks Simulation基础教程.机械工业出版社.2010

[2] 二代龙震工作室 .SolidWorks+Motion+Simulation建模/机构/结构综合实训教程(第2版).清华大学出版社.2009

Dongyalian1Yuyunni2
(1. MCC huatian nanjing industrial furnace Limited company Maanshan, 243005, China 2. fangyuan stewing x-raying shares Limited company，Maanshan, 243052, China)

Based on elliptic groove theoretical calculation,determine the important parameters, the maximum equivalent stress and Mises of the elliptic groove and circular-arc groove are compared by CAE simulation, the results prove that the bearing capacity of the elliptical groove is not better than arc groove.

Elliptic groove；Arc groove；CAE；Bearing capacity

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.017

董亚莲，女，毕业于哈尔滨工业大学，本科，工程师。