結構分析中軸承的處理

機械設備常用的動力源是電機,輸出的是扭矩,不可避免的會存在轉子軸系。

作為連接運動部件和靜止部件的軸承,在結構分析中該如何處理是很難回避的問題。軸承本身的選型及校核,我想SKF、NSK的應用工程師對他們的產品更了解,這方面的數據積累也更多,所以軸承不是我們分析結構的重點。重點是如何處理軸承的連接關系,以便對關心的結構進行分析。

可能讓大家失望的是,在這里聊的不是類似Ansys里的combin14、combin214單元。重點不在軸承上,也不考慮隨轉速變剛性變阻尼之類的。

軸承的連接關系處理,用的最順手的還是workbench里的Bush Joint.當然,也許是我用的頻繁的緣故,大家采用的什么方式更簡便的,可以交流下。

以一根簡單的階梯軸分析為例。

案例1.jpg

從圖中可以看出,負載扭矩為8.75e5N.mm,同時還存在著40000N的載荷,對驅動端限制了軸向旋轉。需要說明的是,這不是一個真實的載荷工況,數據是隨意輸入的。

顯然,這樣的分析方式已經忽略了一些不想關注的細節了,如輸入端的鍵槽(考慮到該處鍵槽只是單純傳遞扭矩,根據機械手冊相應的軸選合適的鍵與鍵槽尺寸,設計工程師在這方面還是很靠譜的)。當然其實在負載端,省略的可能存在的鍵連接的鍵槽在真實分析中是值得考慮的。

案例2.jpg

在兩軸承位置分別定義Bush Joint,通常軸承的徑向剛度值對結果影響不大,但對于長軸,同時對軸的剛性有要求的,這時候只能跟軸承供應商溝通了。  

案例3.jpg

通常一對軸承,一端是固定端,另一端是浮動端。在固定端的Bush   Joint的軸向剛度定義個大值,以抑制整個模型的Z向剛性位移。 

案例4.jpg

從整個軸的等效應力云圖上看,軸頸處的應力值最大,該處受彎扭矩復合應力,同時存在應力集中。同時考慮到彎矩產生的正應力在主軸工作過程中是交變應力,作為潛在的疲勞風險源,結合材料力學性能,值得關注。 

案例5.jpg



源自CAE技術交流平臺

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