往复式活塞隔膜泵轴承座装配体有限元分析

郑惟才

摘 要：轴承座及轴承压盖是隔膜泵动力端重要支承部件，轴承座固定在地基上用来支撑曲轴和轴承，同时固定轴承外圈，仅使轴承内圈转动，保持轴承运转平稳。轴承座设计、安装不当会影响曲轴和轴承的平稳运转，导致轴承的运行失效。本文以一种新结构隔膜泵箱体轴承座装配体为研究对象，利用ANSYS Workbench软件结构接触非线性分析功能，分析了轴承座装配体在工况载荷作用下的变形和应力状态，分析过程中各接触面进行接触定义，螺栓连接处施加螺栓预紧力，保证了分析结果的准确性。为隔膜泵动力端轴承座设计和安装工艺的制定提供技术参考。

关键词：轴承座；轴承；ANSYS Workbench；装配体分析

中图分类号：TH323 文献标识码：A

0.前言

隔膜泵动力端轴承座部装主要用来安装和支撑曲轴和轴承，轴承座部装主要由支撑板、支撑座、轴承座压盖及螺栓等零件组成。隔膜泵动力端轴承用于支撑曲轴并保证曲轴的旋转运动。随着动力端吨位增大，曲轴受到的活塞力载荷也随之增大，如果轴承座结构设计不合理，可能会导致轴承座与轴承接触面变形不均，在疲劳载荷作用下，可能在轴承和轴承座接触面处发生接触疲劳失效和磨损失效，接触疲劳导致轴承座和轴承形成疲劳裂纹及断裂事故发生。本文采用仿真模拟手段对支撑板、支撑座、轴承压盖、轴承外圈及螺栓连接组成的轴承座装配体进行非线性有限元分析，获得轴承座的变形和应力结果。分析过程中考虑了各零件之间的接触状态，确保分析更接近实际工况。文中采用ANSYSWorkbench软件进行分析，建立了支撑板、支撑座、轴承压盖及轴承外圈的装配体有限元模型，施加约束和工况载荷，通过求解获得了轴承座装配体模型的变形和应力结果，并对结构进行了强度校核。

1.轴承座装配体有限元分析

1.1 几何模型

本文以支撑板、支撑座、轴承压盖及轴承外圈组成的装配体作为研究对象，轴承座装配体三维几何模型如图1所示。

1.2 有限元模型

本文对支撑板、支撑座、轴承压盖及轴承外圈组成的装配体进行分析，将三维模型导入ANSYSWorkbench中，采用四节点四面体单元进行网格划分，接触面的网格应当划分更规则，保证接触计算的准确性和收敛性。轴承座装配体材料为钢板、轴承外圈材料为轴承钢，材料的弹性模量为206GPa，泊松比为0.3，材料屈服极限为345MPa。建立的有限元模型如图2所示。

有限元模型的边界条件如下：约束支撑板前端x方向位移，约束支撑板下端与地基相连面y方向和z方向位移；在轴承外圈内表面施加工况活塞力1950kN；支撑座与轴承压盖联接螺栓分别施加螺栓预紧力1800kN和1250kN；支撑板与支撑座之间建立绑定接触面；支撑座与轴承盖板之间、支撑座与轴承外圈之间、轴承盖板与轴承外圈之间分别建立普通无摩擦接触条件，具体如图2所示。

2.计算结果

将建立的轴承座装配体有限元模型在ANSYSWorkbench静力学分析模块提交计算，经过分析获得了支撑板、支撑座、轴承压盖的变形云图及关心位置的应力结果，变形和应力云图分别如图3、图4所示。

结论

通过对上述轴承座的变形应力结果进行分析，可得到如下结论：

通过分析看出轴承座关心位置处最大应力为158.33MPa，位置在支撑板与支撑座连接圆角处，材料的屈服极限是345MPa，安全系数为2.18，满足强度使用要求，最大位移为1.55mm，位置在支撑座与轴承压盖联接螺栓处，分析原因是由于螺栓预紧力造成的该最大位移。

参考文献

[1]马煜，刘慧.基于ANSYSWorkbench的轴承座应力分析[J].机械管理开发，2010，25（4）：32-33.

[2]仰天玲，王想连，姜土根.基于ANSYSWorkbench的轴承座分析计算[J].能源与环境，2013（4）：110-110.

[3]吴晓冬，刘志刚.CAD/CAE集成仿真的振动输送机轴承座有限元分析[J].现代制造工程，2010（5）：44-47.

[4]武心朋.短应力线轧机轴承座的有限元分析与优化设计[C].压力加工设备学术研讨会，2011.

[5]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2006.

[6]许京荆. ANSYSWORKBENCH工程实例详解[M].北京：人民邮电出版社，2015.