凤凰平台ABAQUS软件在滚动轴承三维动态模拟中的
发布时间:2020-05-26 00:31

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  ABAQUS 软件正在滚动轴承三维动态模仿中的行使 张 萌,王鹏林 (天津市联盟新闻体系集成有限公司,天 津 摘 300191) 要 :基 于 有 限 元 方 法 的 滚 动 轴 承 三 维 动 态 模 拟 对 于 轴 承 的 设 计 和 改 进 有 着 重 要 的 意 义 。利 用 ABAQUS 软 件 强 大 的 非 线 性理解效用,扶植了针对该题目的基础理解流程和本事。 闭 键 词 : 滚 动 轴 承 ; ABAQUS 软 件 ; 陶 瓷 材 料 ; 动 态 模 拟 中 图 分 类 号 : TP391.9 文献标识码:A Application of ABAQUS Software in Rolling Bearing Three-Dimensional Dynamics Simulation Analysis ZHANG MENG , WANG PengLin (TEAM Information System Integration Co.,Ltd., Tianjin 300191, China) Abstract: According to FEM (Finite Element Method), Three-Dimensional Dynamics Simulation Analysis of rolling bearing is important to design and improvement of bearings. Using strong function of ABAQUS non-linear analysis, the analysis method and process based on this problem is established. Key words: Rolling Bearing; ABAQUS Software; Ceramic material; Dynamics Simulation 0 引 言 滚动轴承行为紧要的回 转轴支柱元 件正在死板行 业的行使极度平凡,闭系的打算规矩和规 范已很完整 。但近年 来,随 着轴承原料 、高转速、庞杂工况等前提的变更,古板的打算规矩有些依然无法知足当 前轴承打算 的必要。 借助三维动态有限元分 析技术,能够引入滚动 轴承作事时涉及到的点-面接 触、摩擦生 热、接触传热等庞杂 的非线 性要素,从一个新的角度特别悉数地分解滚动轴承正在运转流程中的动态特 性,从而改 进打算。本文通过算 例,给 出具有工程 实有意义的策动流程和本事。 1 策动 模子 1.1 题目 刻画 采取具有范例意 义的深沟球 轴承行为探究对象, 轴承代号为 6000, 规格、 参数依照 GB/T 276-94 标切确 定,模仿软件采用 ABAQUS,几何筑模正在 ABAQUS 中的 CAD 模块中举办。轴承模子如图 1 所示。 图 1 策动用 滚珠轴承的 几何机闭 此中,轴承内、外圈材 料为 40Cr,滚珠原料为陶瓷,模仿流程中全盘原料均按线 网格 划分 探究到解题领域 和模仿精度 的抵触,统统模子采用六面体单位离散。为避免单 元退化,正在网格 划分中 ,行使了 ABAQUS 的所谓“瓦解法” ,应用 该法能够将 庞杂的几何 体转化为众个大略的构成局部(大略的几 何体) ,通过对简 单局部的网格划分,间接告终对全体模子的划分。轴 承网格模子 如图 2 所示。 图 2 策动用滚珠 轴承的有限元网格模子 合理的网格该当是疏密 适应的网格,划分前应不苛筹划,使之正在较少的网格 下,既可保 证模仿精度 ,凤凰平台又能减 小解题 领域。为 此,模 型网格 正在紧要的接触轮廓( 内圈外 轮廓、外 圈内轮廓、滚 珠轮廓)划 分的极为细致、规 整, 单位边 长横纵比亲密 1:1,其式样均亲密于正六 面体,能够 保障接触处 的求解精度;轴承全体的网格较希罕,但 单 元 形 状 规 则 , 且 边 长 最 大 横 纵 比 (Aspect Ratio)均 小 于 1:2.5, 也 有 足 够 的 精 度 。 规 划 后 模 型 的 节 点 总 数 为 148,177。因为筹划后的网格节点总数低落,加倍是进步了接触处最小单位的标准,能够增大 显式(Explicit)非线 性策动 中两个增量之间的最大平稳时刻(睹公式 1) ,从而极大的 低浸了策动 量。 1.3 接 触 条 件 保 持 架 的 作 用 是 隔 离 滚 珠 , 使 之 沿 圆 周 均 匀 分 布 , 模 拟 中 将 其 设 定 为 离 散 刚 体 (Discrete Rigid)。 正在滚珠轴承运动流程中 ,内圈与每个滚珠,每个滚珠与外圈,以及每个滚珠 与维持架之 间都存正在接触。正在高 速转动 的状况下,滚珠的转动(与接触相闭)很 难预测,各个部件的实在接触区 域也难以确 定。以是, 须不苛地 界说相 闭接触区域。正在接触区域的界说上 ABAQUS 软件供应了 General Contact 本事,该本事 是正在每个分 析步的开 始,先 将全盘部件 的外貌面都探究成或许的接触区域,举办一次全体的接触面摸索。然后的 增量步则依照成熟的 摸索算 法,通过跟踪接触轮廓的运动举办较小鸿沟内的部分接触面摸索。因为滚 动轴承正在运 动流程中的接触区域 变更连 续,适于 General Contact 本事的行使。比拟, 本例将全盘 轮廓整体设定为接触对的 Surface-to-Surface Contact 算法。General Contact 本事的策动量较其他算法要小得众。 另一个题目是确定接触 面之间的主 -从闭联。按界说,正在主-从算法中,每 个接触对中 有一个设定的轮廓为 主控外 面,另一轮廓为隶属轮廓,且 主控轮廓节点可对从 属轮廓侵入,隶属面节点弗成侵入主控外 面。用 General Contact 本事(平均主-从权 重算法) ,即行使 两次纯粹主 -从算法能够管理节点侵入题目。该法的思绪是,当 第 一次主 -从策动完毕后,将主、从面临调从新举办策动,由这两次策动的加权平 均取得接触 力。如许的本事使两 个面互 为主-从面,有用的避免了或许存正在的毛病侵入,可直接用于滚珠轴承运 动流程中的 点-面接触题目。 1.4 确定理解类 型 正在滚珠轴承动力理解流程中 行使显式(Explicit)非线性策动,紧要探究了如下几个要素: ① 滚 动 轴承 运动 是 高 速动 力学 过 程。 显式 动 力学 本事 比隐 式 (Implicit)方 法 更 适 于分 析这 样 的 流程 。因 为 加载过 程迟缓,机闭的相应变更也异常疾,要策动动力相应,无误地 跟踪应力波 辱骂常紧要 的。因为应力波与系 统最高 阶频率闭系联,以是显式本事应用单位长度 L 和原料 波速 C d 策动时刻增量 t ,睹公 式1: e t Le Cd Cd E (1) 这个异常小的时刻增量 能够保障对 高速动力过 程的无误刻画。 ② 正在 滚珠 轴承 运动 过 程中接 触闭 系复 杂。 通 过 显式 动力 学方 法 可 以 很容易 地模 拟这 些复 杂 的 接触 前提 和接 触不连 续的状况,而且可能一个一个节点的求解而不必迭代,通过调度节点的加 速率程度来 平均接触时的外力和 内力。 因为不必要 众次的迭代,显式本事的策动速率也比隐式本事要疾。 但模仿中若施加初始径 向载荷,则显式策动会 出现振荡,必要较长时刻才调 抵达稳态, 很耗损策动 资源。因 此,正在静力理解步中先施加径向载荷,然后将静力理解的结果行为初始场条 件(Initial State)代入后续的显式动 力学计 算。如图 3 所示为外圈外貌面固定后,施加径向载荷的初始稳 态 Mises 应 力结果。 图 3 施加径 向载荷的应 力结果 (1/2 模子剖面) 1.5 施加 边境前提 正在显式动力学策动流程 中读入施加 径向载荷后的初始稳态结果行为初始场前提。 并将外圈 外貌面 固定,内圈给定 19,000 rpm 转速,各滚珠与维持架借助接触闭 系加以管制。 2 动力 学策动结果 通过显示非线性策动出 的轴承运动 状况和 Mises 应力结果如图 4 所示。 图 4 运 动流程中 Mises 应力散布(1/2 模子剖面) 通过对动态结果的理解 ,能够看到正在统统运动流程中,滚珠和维持架随轴承 内圈运动, 其运动办法 确切,运 动状况 贯串,没有产生“跳跃”的状况,正在接触区域也没 有产生穿透,以是能够占定接触模 型的采取是 确切的。 正在运动流程中滚珠与内 、外圈之间 的接触应力正在某些岁月抵达 631.8 Mpa,跨越了 40Cr 比例极限(590 Mpa), 但低于 屈从极限(785 Mpa)。解说此时内、外圈 的接触轮廓 进入塑性区域。这一景色切合轴承的平静流程,即当轴 承承担 众次频频滚压接触流程中,第一次加载流程跨越了弹性极限,则产生少少 塑性变形并 以是出现渣滓应力, 这些残 余应力正在第二次加载流程中起到了防护效用,使塑性 应变削减。经由几次加载,凤凰平台这种 渣滓应力达 到必定值, 今后的 加载流程就全体是弹性变形。因为正在材 料的刻画上行使了线弹性模子,所 以无法验证 滚珠轴承的统统平静 流程, 但仍能够说 明策动出的应力鸿沟切合工程实践。 正在轴承的动力学理解过 程中,探究了摩擦生热、接触热 通报和境遇 热辐射。如图 5 所示是滚珠 轴承正在 1.5e-2s 岁月的 瞬态温度散布。 图 5 轴承外圈内 轮廓的瞬态温度散布 3 结论 本例给出的解题措施具 有范例性, 实用于闭系题目的理解。 本例滚动轴承三维模子 的动态模仿 涉及到很众 庞杂的非线性流程,对此探究者应有足够 的知道,正在 实践理解 中可先 从静态的二维模子入手,待获得经历后再 算三维模子。 本例得出的策动结果符 合工程实践 ,可认为轴承的打算和矫正供应助助。 本例物色了一条管理轴 承动态理解 题目思绪。 参考文 献: [1] 庄 茁 . ABAQUS 非 线 性 有 限 元 分 析 与 实 例 [M]. 北 京 :科 学 出 版 社 , 2005. [2] 张 萌 , 王 鹏 林 . MSC.SimDesigner 正在 产 品 设 计 中 的 作 用 [J]. 计 算 机 辅 助 工 程 , 2006.9.

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