轴承系统中的轴承座综合分析

在这个实例中要对图9-151所示轴承系统中的轴承座进行综合分析。本例中要计算出轴承座的应力分布情况和轴承座的固有频率，从而为轴承座的进一步优化设计提供科学依据。

图9-151 轴承系统

图9-152 轴承座的受力情况

参见光盘

光盘\视频教学\第9章\综合分析.avi

首先对轴承座进行受力分析，根据零件的使用的条件，这里确定轴承座的受力情况如图9-152所示。

定义模型材料

单击打开按钮，打开目标零件文件“轴承座.sldprt”。

选择命令“编辑”→“外观”→“材质”，或者右击FeatureManager设计树中的材质图标，在弹出的快捷菜单中选择命令“应用/编辑材料”。

在“材质编辑器”对话框中定义模型的材质为“AISI1020”合金钢，如图9-153所示。

图9-153 在“材料”对话框中定义材质

单击“应用”按钮应用设置。

建立研究专题：

在这个实例中首先要确定轴承座在加载情况下的应力分布和大小，其次要确定轴承座的固有频率，从而为优化设计提供科学依据。因此，需要建立两个研究专题，其分析类型分别为静态和频率。

单击SolidWorks Simulation主菜单工具栏中的“新算例”按钮，或选择命令“Simulation”→“算例”。

在弹出的“算例”属性管理器中，定义“名称”和“分析类型”，如图9-154所示。建立“静力学分析”和“固有频率”研究，依次为“静应力分析”和“频率”类型。

进入SolidWorks Simulation的设计树界面，这时可以看到如图9-155所示的模型树界面。

图9-154 定义算例专题

图9-155 SolidWorks Simulation设计树

加载和约束

在本例中为了在轴承孔的下半部分施加径向5000N的压力，这个载荷是由于受重载的轴承受到支撑作用而产生的。这里应用薄壁－拉伸特征生成一个基本不影响模型特征的加载面，用来加载载荷，图9-156所示。

图9-156 加载面

单击工具栏中的“夹具”图标，或选择菜单栏中的“Simulation”→“载荷/夹具”→“夹具”命令。

选择轴承座上的4个沉头孔的内表面，打开“高级”下拉框，单击选中“在圆柱面上”。

单击“夹具”属性管理器的“平移”栏中的“径向”按钮，然后在右侧的输入框中定义轴向上的位移为0mm；单击按钮，在右侧的对应输入框中定义径向位移为0mm，如图9-157所示。

单击按钮应用并关闭“夹具”属性管理器。

选择前面生成的加载面，然后单击SolidWorks Simulation载荷工具栏中的压力按钮。

在“压力”属性中，选择压力类型为“使用参考几何体”，在图标右侧的下拉菜单中选择“垂直于基准面”。

单击图标右侧的显示框，在图形区域的模型树中选择“前视基准面”作为参考面。

(www.xing528.com)

图9-157 定义沉头孔的约束

在“压强值”栏目中设置单位为N/m²，数值为5000N/m²，如图9-155所示。

图9-158 设置向下的压力

单击按钮应用并关闭“压力”属性管理器。

仿造步骤～，设置轴承孔中1000N/m²的推力，如图9-159所示。

分别在SolidWorks Simulation的设计树中选择静力学分析专题中的载荷和约束。

图9-159 设置轴承孔中的推力

分别右击鼠标，在弹出的快捷菜单中选择命令“复制”。

在SolidWorks Simulation的设计树中分别右击固有频率研究专题中的夹具图标与“外部载荷”图标，在弹出的快捷菜单中选择命令“粘贴”。将静力学专题中的载荷和约束复制到固有频率专题中。

生成网格和运行分析

在定义完研究专题、材料属性和载荷/约束后就需要对模型进行划分网格的工作。

在SolidWorks Simulation的管理设计树中选择静力学分析研究专题，单击SolidWorks Simulation主菜单工具栏中的网格按钮。

在出现的“网格”属性管理器中，设置网格的大小和公差，如图9-160所示。

单击按钮后，程序会自动划分网格，划分后的结果如图9-161所示。

单击SolidWorks Simulation主菜单工具栏中的运行按钮，运行分析。当计算分析完成之后，在SolidWorks Simulation的设计树中的静力学专题下出现对应的结果文件夹。

在SolidWorks Simulation的管理设计树中选择固有频率分析研究专题，仿造步骤～完成频率分析。

查看结果

在分析完有限元模型之后，需要对计算结果进行分析，从而成为进一步设计的依据。

首先查看静力学分析结果。在SolidWorks Simulation的管理设计树中单击静力学分析专题中的“应力”文件夹下的图解图标，从而在右面的图形区域中显示轴承座的应力分布，如图9-162所示。

图9-160 设置网格

图9-161 划分网格后的模型

图中红颜色的区域代表应力比较大的地方，蓝颜色的区域代表应力较小的地方。从应力分布图中可以看出，轴承座在加载情况下的Von Mises应力比较小，最大应力大约为5.08×104Pa远远小于轴承座材料合金钢的屈服极限3.516×108Pa。轴承座的初步设计裕度过大，应该进一步减薄轴承座的底座和轴承孔，同时加强筋的作用对轴承座的承力很有效。

在SolidWorks Simulation的管理设计树中单击固有模态分析专题中的“位移”文件夹下的图解图标，从而在右面的图形区域中显示轴承座在一阶固有频率下的振动变形情况，如图9-163所示。

图9-162 应力分布

图9-163 一阶固有频率下的振动变形

选择命令“Simulation”→“列举结果”→“模式”，在打开的“模式”对话框中可以看到轴承座的前5阶固有频率，如图9-164所示。

图9-164 轴承座的前5阶固有频率