支座的有限元分析

支座的有限元分析

—基于UG8.0与ANSYS Workbench

摘要：采用三维软件UG8.0建立的支座模型，并将三维模型导入到ANSYS Workbench，在Workbench中，对其进行结构强度、刚度校核以及模态分析，得到其在工作载荷下的变形、应力和模态频率，并在结构尺寸上进行优化设计，使其在结构强度上得到改进与加强。关键词：支座；UG8.0；ANSYS Workbench；有限元

Abstract: using 3d software UG8.0 established contact ball bearing model, and the three dimensio nal model is imported to ANSYS Workbench, the Workbench, its structural strength, rigidity and modal analysis, get it under the working load of the deformation, stress and modal frequency, and carries on the optimization design on the structure size, in the structure strength is improved and st rengthened.

Keywords：contact ball bearing；finite element ；UG8.0;ANANSYS Workbench

0引言

支座作为多向活动部件的连接装置，主要受来自复杂部件的随机变化载荷的作用力，由于载荷力复杂多变，且局部应力集中地现象存在，导致球形接触面产生不规则破坏。以前的设计方案基本是粗略的，对于结构尺寸不能做到很精确的设计，使用效果不怎么好。本文利用UG8.0三维设计软件对支座进行参数化建模，并运用UG与ANSYS Workbench软件间的接口，将模型导入到ANSYS Workbench中，对其进行结构强度、刚度校核以及模态分析。有限元是一种在工程分析工程中常用的解决复杂问题的近似的数值分析方法，ANSYS程序中加入了许多新的技术，非线性、子结构以及更多的单元类型被加入程序，从而使程序具有更强的通用性。同时，ANSYS还提供了强大和完整的联机说明系统详尽的联机帮助系统，使用户能够不断深入学习并完成一些深入的课题。并因在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用。本文将分析在载荷的作用下，支座的变形，应力等，并显示强大的ANSYS的求解结果。

1支座有限元模型的建立

1．1支座UG模型的建立

ANSYS在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。能够与多数三维软件接口，实现数据和交换，所以建立精确地三维软件模型是进行有限元分析的前提。UG作为专业的三维软件系统，具有强大的参数化功能。用UG建立支座模型，如图1所示；

为了方便计算机模拟分析，把模型进行简化，忽略一些小圆角或者是小圆孔，不影响模型的主形体。

1.2 ANSYS Workbench中的参数化定义

将ANSYS与UG8.0安装在同一电脑中，利用ANSYS 12的ANSYS CAD Configuration manager12模块指定的UG的安装位置，确定后启动UG8.0，会在软件的工具栏中出现ANSYS12工具条，软件连接完毕。打开支座模型，点击UG8.0工具栏里的ANSYS12下的Workbench，进入ANSYS Workbench环境中，双击Grometry进入Designmodeler环境，点击Generate 导入模型，并在Details View中的Parameters中选中所作的尺寸作为参数。

1.3 网格的划分

将模型导入Static Structure中，进行网格划分是有限元前处理的关键工作，网格划分的质量和优劣将对计算结果产生很大影响。ANSYS Workbench的网格划分时非常智能化的，设定Element Size 为5.0mm，Relevance Center为fine，transition为slow。步骤如下： Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool然后进行网格划分，如图所示。

1.4载荷与边界约束

支座所受载荷是由连接件作用在球接触面的实验测得。在本实验中用合力的形式将其作用在球形接触面，为沿其轴向的2MPA的应力，位置约束为其底座孔，对其进行固定面约束。

(1)约束四个安装孔:Main Menu: Solution→Define Load→Apply→Structural→Displacement →Symmetry B.C. →On Areas 拾取四个安装孔的8个柱面→ OK

(2)在整个基座的底部施加位移约束

Main Menu: Solution→Define Load→Apply→Structural→Displacement →on Lines +

拾取基座底部的所有边线，选择 UY 作为约束自由度→OK。

(3) 在导孔端面上施加推力载荷（面载荷） Main Menu: Solution→Define Load→Apply →Structural→Pressure→On Areas→拾取导孔counterbore上宽度为“3”的所有面→OK →输入面上的压力值28959276→Apply

(4)在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷 Main Menu: Solution→Define Load→Apply→Structural→Pressure→On Areas→拾取球形接触面→OK→输入压力值-2→OK

2支座的刚度、强度分析

由分析可知，支座应力主要集中在球接触面上，如图所示。

Main Menu: Solution→Solve→Current LS。求解后的结果，变形图。

最大应力位于球形面上表面接触处，为3.8MPa。最大位移为1.072mm，图如下所示。