基于ANSYS的弹性支承轴承分析

摘要

目前的高速机床和航空航天中的高速滚动轴承正向着薄壁化、轻量化的趋势发展，尤其是在航空航天等领域，对薄壁弹性支承轴承和空心轴的使用日趋增加。薄壁弹性支承轴承结构在负载的作用下，由于空心轴、薄壁套圈和弹性支承轴承座刚度较小，受外载荷时，空心轴、轴承座、套圈都会发生弹性变形，且形变量相互耦合。目前基于赫兹弹性接触理论和内外套圈刚性假定的滚动轴承理论，未考虑内外套圈弹性变形对弹性支承轴承刚度的影响而无法使用。作为航空航天发动机转子的支承部件，薄壁弹性支承轴承的结构刚度影响了发动机轴系的共振特性，而在薄壁弹性支承轴承设计过程中需要多次改变弹性支承结构参数和轴承结构参数并进行分析，如何快速有效的设计薄壁弹性支承轴承结构的刚度，分析轴承内部最大法向接触应力分布，以调整发动机的共振频率的是目前亟待解决的问题。
　　本文根据工程实际将薄壁滚动轴承和弹性支承进行分类，通过对三维建模软件Unigraphics（UG）进行二次开发，对8类薄壁弹性支承结构轴承进行参数化建模、干涉校核和主要结构参数输出。运用UG中基于模型定义技术Model Based Definition（MBD），大幅减少了薄壁弹性支承轴承复杂的建模过程所需的时间，以满足发动机虚拟样机对轴承设计响应速度的需求，通过UG在建模过程中将全部结构参数存入数据库。
　　在有限元软件ANSYS建模时中对数据库中数据再次读取，重新建立了嵌入网格细化、子结构法的弹性支承轴承参数化有限元模型，桥接了UG和ANSYS，实现了ANSYS的二次开发并完成了对薄壁弹性支承轴承的非线性接触静力学仿真，得出了在轴向力、径向力和弯矩共同作用下的薄壁弹性支承轴承内部载荷分布情况及其内外套圈不同方位角处的形变情况。
　　结合结构对称性、子模型法、赫兹弹性接触理论和轴承拟动力学分析软件对计算结果正确性进行验证。运用MATLAB对ANSYS输出结果进行处理，进而绘出薄壁弹性支承结构的刚度与应力分布曲线。
　　最后，通过C语言对应用程序的集成和调用制作了参数化薄壁弹性支承轴承分析软件。运用Visual C++、SQL、APDL语言实现了UG、ANSYS、MATLAB之间数据交换，缩短了轴承性能分析消耗的时间。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题的背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 弹性支承轴承的参数化建模

2.1 引言

2.2 弹性支承轴承分类

2.3 基于UG的弹性支承轴承建模技术

2.4 装配式弹性支承轴承参数化建模

2.5 一体化弹性支承轴承参数化建模

2.6 本章小结

第3章 弹性支承轴承仿真分析参数化建模

3.1 引言

3.2 弹性支承轴承的有限元仿真分析前处理

3.3 有限元仿真的结果分析

3.4 有限元仿真结果的参数化输出

3.5 本章小结

第4章 有限元分析结果的验证及后处理

4.1 引言

4.2 弹性支承轴承的有限元分析结果验证

4.3 弹性支承轴承有限元分析结果后处理

4.4 本章小结

第5章 弹性支承轴承静力学分析软件的研制

5.1 引言

5.2 软件流程及研制

5.3 软件功能简介

5.4 软件操作过程

5.5 弹性支承轴承有限元分析软件应用

5.6 本章小结

结论

本文的主要研究成果如下：

本论文完成的其他主要工作有：

参考文献

声明

致谢