轴承座的有限元分析

王少雷 梁建明 石树正 霍珍珍

（河北建筑工程学院，河北 张家口075000）

0 前 言

工程机械的作业环境通常比较恶劣，作业强度较大，作业过程中的冲击振动、环境粉尘对关键零部件的损害较大，因此工程机械用变速箱的结构强度、装配制造及密封性尤为重要.轴承是变速箱的关键零部件，承受着复杂动态荷载，其强度和稳定性直接影响着传动特性和整机稳定性.

工程机械变速箱在工作施工过程中，根据作业强度，其工况通常分为运输工况，额定工况和极端工况三种情况，其中运输工况时，变速箱传递动力主要驱动整机行走，此时无负载或负载很小，多为高速轻载状况；额定工况为一般工况，是变速箱主要工况；极端工况为超出额定负载的工况，此时整机工作环境通常比较恶劣，工作强度明显超出整机额定工况范围，各个部件总成处于超负荷工作状况，对机身关键零部件的强度、疲劳强度是重要的考验，本文分析了该型变速箱在整机极端工况下轴承的受力特性，得到了其应力分布云图，分析了应力特点，为改善其使用和维修特性提供了有价值借鉴.

1 模型建立

模型建立方法主要有，由下至上、由上至下及混合建模三种建模方法［1］，由下至上建模是利用用户图形（UI）交互功能，先建立基本图形元素，例如点，线条或线框，而后生成面，由面生成体（volume），即由基本图形元素生成高级图形元素；由下至上建模方法，先生成体（volume），而后利用系统提供的布尔运算功能，雕琢生成具体零部件；混合建模是两种方法的配合使用；前两种建模方法，各有优缺点，通常情况下会配合使用梁总建模方法，生成模型质量较高，建模效率高，且建模思路清晰，尤其是结构复杂零件体的生成，本文选择混合建模方法.

1.1 模型建立流程［2］

（1）创建长方体：利用Modeling→Create→Volumes创建；

（2）创建螺栓孔：利用boolean命令生成螺栓孔；

（3）创建支撑部分：调整全局坐标系为局部坐标系，利用Volumes命令建立支撑肋；（4）创建圆柱体及轴承孔：利用Volumes生成轴承孔.

1.2 选择单元类型定义材料参数

轴承座材料为铸钢，选择实体单元类型中的10节点92号单元，设定弹性模量为1.8X1011Pa，泊松比设定为0.3.

图1 建立模型

2 网格划分［3］

网格划分，分为手动网格划分和智能网格划分两种，根据分析精度、边界条件特点及载荷施加特点，对轴承座体不同部位采用不同网格划分方法.轴承座孔部位由于是载荷施加部位，并且是分析所关心的重点部位，故采用手工网格划分，均匀划分网格，其余部位采用系统智能网格划分，控制网格精度为0.5cm，共得到12563个单元.网格划分结果如下：

图2 网格划分

3 定义边界条件和施加载荷

3.1 施加约束［3］

在四个安装孔上应用施加对称约束，将约束加在安装孔内表面，在圆柱曲面上施加约束，对整个基座的底部施加位移约束，限制其在垂直于底座方向上的自由度，同样是将约束施加在面上，选择基座底部的六条棱线施加约束线.

3.2 施加荷载

在轴承座圆柱轴孔上半圆柱施加推力载荷，为面载荷，值为5.3Mp；在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷，为面载荷，值为1.6Mpa.

4 分析求解总结

图3 应力云图

分析结果显示，轴承座最大应力值为20.8Mpa，表现为压应力，出现在轴承座轴孔上方内侧，说明在使用过程中轴承座内孔应力分布不均匀，在静态载荷作用下，最大应力值小于材料的需用应力，但考虑到轴承座在复杂交变载荷下工作，故最大应力值处产生疲劳失效的几率很大，故在设计过程中，应对此位置加强.

本文受张家口科学技术和地震局课题1421004B支持

［1］曲昌荣，郝玉莲，戚洪涛.汽车车架有限元分析［J］.轻型汽车技术，2007，12：54～56

［2］张勇，张力，等.重型车车架组合结构的有限元分析［J］.机械与电子，2005，2：16～18

［3］ANSYS使用手册.教程.ANSYS公司，北京，2008