滚动轴承参数化设计与有限元分析

摘要

滚动轴承是典型的通用机械零部件，其应用范围几乎涉及所有民用和国防领域。从滚动轴承的结构特点出发，结合现代的参数化设计技术和有限元分析方法，基于三维设计软件Pro/ENGINEER和有限元分析软件ANSYS，对滚动轴承进行设计和分析，使得设计模型能够迅速地重构，有利于发挥设计人员的创造性，对缩短产品开发周期，提高产品设计质量具有重要的理论意义和实用价值。
　　滚动轴承的外形尺寸与安装使用有关，且已标准化，但其内部结构参数要根据使用场合进行设计，系列化程度较高，适合采用参数化设计方法。通过对三维设计软件Pro/ENGINEER的二次开发，创建了滚动轴承的参数化设计系统，通过输入滚动轴承的外形参数，实现了滚动轴承其他各参数的计算机辅助设计和校核，以及滚动轴承三维实体模型的迅速重构。该系统能够协助设计人员进行滚动轴承设计，提高设计效率，降低设计成本。
　　滚动轴承的性能分析是其设计过程的一个重要环节，分析的难点在于滚动体和内外套圈滚道的接触分析问题。滚动轴承的接触分析是非线性问题，赫兹理论对这类接触问题的计算给出了解析方法，但该方法计算过程繁琐，且由于其所做假设的理想化，该方法的应有范围有一定的限制。本文借助于有限元分析软件ANSYS，对滚动轴承的接触问题进行有限元分析，得到的分析结果与赫兹理论计算结果有很好的一致性，分析精度可以通过网格单元长度进行控制。应用ANSYS对滚动轴承接触问题进行分析，为滚动轴承接触分析的解决提供了一种新型有效的解决方案。

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Contents

1 绪 论

1.1 课题背景及来源

1.2 研究目的及意义

1.3 滚动轴承工业的国内外发展现状

1.4 滚动轴承参数化设计系统的研究现状

1.5 滚动轴承有限元分析方法的研究现状

1.6 论文研究内容及组织结构

2 滚动轴承参数化设计系统

2.1 滚动轴承参数化设计内容

2.2 系统模块划分与功能目标

2.3 系统开发工具

2.4 系统开发流程

2.5 本章小结

3 滚动轴承参数化设计系统开发

3.1 参数化设计系统开发过程

3.2 Pro/Toolkit应用程序开发环境设置

3.3 设计参数

3.4 主参数设计

3.5 内、外圈设计

3.6 保持架设计

3.7 铆钉选取

3.8 本章小结

4 滚动轴承的赫兹接触分析

4.1 接触问题的研究内容

4.2 滚动轴承接触分析的基本知识

4.3 接触应力和变形

4.4 接触应力和变形的简化计算

4.5 深沟球轴承的接触应力和变形

4.6 本章小结

5 基于ANSYS的滚动轴承接触分析

5.1 接触问题特性

5.2 ANSYS分析接触问题的过程

5.3 球和板的接触

5.4 球与滚道的接触

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科研与发表论文情况

1）参加的科研项目

2）发表的学术论文