суббота, 11 февраля 2012 г.

Расчет задачи анализа подшипника роликового радиального с короткими цилиндрическими роликами

         В данной публикации представлен порядок действий при решении контактных задач в плоской постановке в ANSYS на примере подшипника роликового радиального с короткими цилиндрическими роликами.
Постановка задачи
         Построить подшипник роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами, рассчитать для него перемещения и напряжения. Решить контактную задачу.
Базовые программные продукты: ANSYS, SolidWorks.
Описание задачи
        Решить задачу анализа подшипника (Рисунок 1, все размеры в метрах). с изготовлен из Стали ШХ15СГ-Ш ГОСТ 801-78. В качестве нагрузки для наружного кольца задать перемещение величиной  м.

Рисунок 1. Задача анализа подшипника

 Ход работы 
1. Построение трехмерной модели в SolidWorks
      На первом этапе выполнения поставленной задачи была построена трехмерная модель подшипника в SW (Рисунок 2).
Рисунок 2. Подшипник
      2. Расчет в ANSYS
2. 1. Предварительная обработка: Постановка задачи
a) Строим геометрическую модель снизу вверх: 
      Схематически составляющие подшипника (наружное и внутреннее кольца, ролики) представим в виде окружностей. Но т.к. модель симметрична, строим правую половину. Строим геометрическую модель сверху вниз:
  •  Создаем окружности – ролик, внешнее и внутреннее кольца подшипника.
  • Ролик разделяем линиями на «четырехугольники». Кольца тоже делим, на сегменты. Это необходимо для дальнейшего разбиения конструкции на четырехугольные конечные элементы.
  • Сливаем совпадающие точки, которые принадлежат линиям, выделенным на Рисунке 3 красным цветом. Иначе на их основе будет невозможно построить поверхности.

Рисунок 3. Совпадающие точки

  • Строим Plane Surface (плоские поверхности), указывая линии, создающие замкнутый контур.
  • Также с двух сторон ролика строим по две линии (как показано на Рисунке 4). Для них заданим тип элемента Link11 – аналог пружины, работающий на растяжение-сжатие. Позже это поможет нам зафиксировать нашу конструкцию.
Рисунок 4. «Пружины»
  • Создаем круговой массив «роликов» (поверхностей) при помощи команды Copy в меню Preprocessor, предварительно сменив декартову систему координат на цилиндрическую. Задаем количество копий равное 14 и угол 360/14 (ось цилиндра совпадает с осью Z, на рис. 5).
  •  Удаляем левую половину. Результат приведен на Рисунке 5.
Рисунок 5. Геометрическая модель подшипник
  • Склеиваем поверхности: 3,5 нижних роликов и нижнюю половину внешнего кольца.

Рисунок 6. Операция склеивания поверхностей

  • Определяем тип элемента:                                                                                             
          Выбираем элемент типа SOLID Quad 4node 182. Это плоский 4х узловой линейный четырехугольный элемент, он используется в осесимметричных, плоскодеформированных и других "плоских" постановках  . Также добавляем контактные элементы 2D Target169 и 2D surf171.
  • Задаем свойства материала:                                                                                              
    Так как подшипник изготовлен из стали, вводим модуль упругости Ех=200 ГПа и коэффициент Пуассона PRXY=0,3.
 b)    Разбиение модели на конечно-элементную сетку:
  • Определяем размер сетки:            
         Для линий ролика устанавливаем размер стороны конечного элемента равный 0,001м (это дает около 50 элементов по периметру ролика); для линий колец — 0,002 м. Для линий-пружин задаем количество элементов равное 1.
  • Так как ранее была выполнена операция склеивания, линии 10 и 11 были разбиты на четыре части (линии). Объединяем их, используя явную конкатенацию. Это необходимо для проведения упорядоченного разбиения.
  • Разбиваем модель на четырехугольные конечные элементы  (Рисунок 7).
Рисунок 7. КЭ сетка
      Количество элементов – 13 тыс.
      Количество узлов – 13 тыс.

 c) Создание контактных пар:
      Контактные задачи решаются с применением итераций, в которых определяются зоны контакта, согласовываются контактные усилия и перемещения. Такие задачи формулируются для двух или большего количества тел. При этом тела могут иметь как конечную (деформируемые тела), так и бесконечную жесткость (жесткое тело или ограничение). В нашей работе рассмотрен контакт 16 деформируемых тел. 
  •   назначаем целевые и контактные линии как показано на Рисунке 8;
  •  задаем коэффициент трения равный 0,3;
  • убираем зазор командой "Close gap" ("выбрать зазор").
Рисунок 8. Контактные пары
 2. 2. Задание нагрузок и решение
а) Прикладываем граничные условия:
  •  задаем свойство симметрии;
  • чтобы закрепить модель, для внутреннего кольца и для точек на концах пружин было задано ограничение жесткая заделка;
  • задаем перемещение для наружного кольца вдоль оси У для создания начального контакта двух тел.
Рисунок 9. Расчетная схема
б) Указываем тип анализа:
      Отмечаем, что будем решать статическую задачу.
  •  Задаем опции решения:
  •  количество шагов – 10;
  •  максимальное количество подшагов – 1000;
  •  минимальное число подшагов – 1.
в) Запускаем решение задачи.
3. Просмотр результатов
Перемещения
Рисунок 10. Перемещения
Распределение напряжений по Мизесу
Рисунок 11. Напряжения
5. Вывод
      Максимальные перемещения – 0,112 м.
     Максимальные напряжения возникают в зоне контакта и равны 1,470 Па , что меньше допустимых (допустимые напряжения для подшипника – 500МПа). Т.е. при данных нагрузках иследуемую конструкцию можно считать работоспособной



Расчет задачи анализа подшипника роликового радиального с короткими цилиндрическими роликами

1 комментарий:

  1. в макросе нада половину выкинуть, очень много лишнего

    ОтветитьУдалить