ANSYS轴承CAE仿真问题分析和案例分享！
轴承（Bearing）是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。

 

 

 

轴承是各类机械装备的重要基础零部件，它的精度、性能、寿命和可靠性对主机的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。在机械产品中，轴承属于高精度产品，不仅需要数学、物理等诸多学科理论的综合支持，而且需要材料科学、热处理技术、精密加工和测量技术、数控技术和有效的数值方法及功能强大的计算机技术等诸多学科为之服务，因此轴承又是一个代表国家科技实力的产品。

 

 

 

一、轴承关键工程问题涉及的专业问题

 

 

二、轴承的CAE分析需求

 

2.1、轴承结构的强度、刚度分析

2.2、轴承结构动力学特性分析

2.3、轴承零部件的疲劳寿命分析

2.4、轴承结构优化设计分析

2.5、轴承零部件成型工艺仿真分析

2.6、轴承润滑特性分析

三、轴承的CAE部分应用案例分享

 

3.1轴承润滑特性分析

在ANSYS软件中，有专门的油膜单元（Fluid136、Fluid138、Fluid139）来模拟油膜，进行轴承油膜计算，可以得到在轴承工作状态下油膜的压力分布，以及油膜的刚度和阻尼系数。

 

 

 

 

 

 

 

3.2轴承应力分析

下面的案例是减速器轴承的应力分析。减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将动力源的回转数降到所要求的回转数，并得到较大的扭矩，减速器轴承在其中起支撑转动系间齿轮轴的作用。减速器在各齿轮啮合传动过程中，相互之间就有可能会产生较大的切向力、径向力与轴向力，这些力都需要轴承来承载。因此在减速器轴承设计中，对于轴承的承载能力、预期寿命、变形与刚度的考虑必须慎重。圆柱滚子轴承在减速器中相对应用较多，因为圆柱滚子轴承可在有效的尺寸范围内得到持续、稳定的支撑力矩的作用，并且具有一定的轴向移动量。

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3轴承轴心轨迹及最小油膜厚度计算

在ANSYS中，不仅有专门的油膜单元以及处理油膜问题的专门技术，用于计算油膜的压力分布、油膜的厚度变化。另外还有强大的转子动力学分析功能，可以在考虑转子转动以及油膜影响下，分析计算转轴系统的临界转速、不平衡响应、稳态和瞬态响应；可以得到柴油机启动过程、工作以及其它任何状态下，轴承、转轴的轴心轨迹，绘制轴心轨迹图，得到轴承、转轴的振动情况；可以计算最小油膜厚度。

 

 

 

 

 

 

3.4圆锥滚子轴承滚子凸度优化分析

对于圆锥滚子, 接触区域的应力分布和滚子的凸度密切相关。凸度太小，端部效应明显，高应力区集中在端部，接触不均匀；凸度太大，则滚子中部应力较大，接触也不均匀。因此怎样选择滚子的凸度，使应力在整个接触面上均匀分布，降低最大等效应力便成为该类轴承设计中的一大课题。

 

 

 

 

 

 

3.5轴承疲劳寿命分析

采用有限元方法对轴承进行接触疲劳仿真，能很好地模拟滚动轴承的复杂工况，及轴承各部分之间的运动关系，接触载荷及其它影响寿命的因素，这样预测轴承的接触疲劳寿命精度较高，可信度好，在一定程度上改善了轴承疲劳试验周期长、耗资大、取得数据慢的状况。