基于SolidWorks Simulation的深沟球轴承有限元分析

摘 要：针对00系列的16001的深沟球轴承，运用SolidWorks Simulation插件对其进行有限元分析，得到了深沟球轴承在负载工况下的应力、应变、位移、疲劳云图。

关键词：SolidWorksSimulation；有限元分析；深沟球轴承；疲劳分析

引言

SolidWorks是美国Solidworks公司推出一款三维机械设计软件，由于其性能优越、简单实用而成为三维机械设计的主流软件之一。Simulation是集成在SolidWorks软件中的用于有限元分析的插件。深沟球轴承在机械行业中应用十分广泛，基本都是由外圈、保持架、滚动体、内圈四个部分组成[1]。深沟球轴承的设计极其复杂，传统的方法早就不能达到现代机械行业发展的要求。利用SolidWorksSimulation插件对轴承进行设计分析，可以极大缩短设计周期，提高效率[2]。

1 深沟球轴承三维模型的建立

1.1 轴承参数及工作环境

由于工作需求，电机轴上选用型号为00系列16001的深沟球轴承，其参数如表1。轴承承受径向载荷为400N，轴向载荷为300N，转速180r/min，工作环境温度为80℃。

表1 00系列16001轴承参数

1.2 建立轴承模型

建立轴承模型调用标准库或根据参数自行建模，由于SolidWorks中含有标准轴承库，分析模型直接调用。单击“工具”菜单，并启动Toolbox。Toolbox是SolidWorks的标准零件库插件，含有轴承、螺钉等各种标准零件，给设计和仿真带来了极大的便利。直接从库中插入型号为16001深沟球轴承的标准模型，如图1。

2 仿真分析

三维模型建成后，用SolidWorksSimulation对深沟球轴承三维模型进行应力、应变、位移和疲劳分析。

2.1 创建算例并指派材料

启动Simulation插件，点击“算例顾问”并创建一个“新算例”，单击“静态分析类型”。绝大多数轴承的材质都是高碳铬轴承钢，固在“应用材料”中找到并选择“GCr15”，并输入屈服强度为518420000N/m2[3]，选择“应用”并关闭选项卡。

2.2 约束条件和载荷

在“夹具顾问”菜单中选择“固定几何体”，并选择轴承外圈外表面为约束面[4]。深沟球轴承中受力接触为点接触，每有一个滚动体经过，受力点承受一次相同的载荷，这种载荷为轴承载荷。故在“外部载荷顾问”菜单中单击“轴承载荷”，作用区选择内圈内表面，坐标系选择“坐标系1”，输入计算载荷值786.280N[5]，并选择正弦分布。约束条件和载荷如图2。

2.3 网格划分与求解

在“运行”菜单中，单击“划分网格”[6]。本例采用三角形网格[7]，单元总数为11956个，网格划分如图3。

2.4 疲劳分析

单击“算理顾问”，创建“新算例2”并选择“疲劳”为分析类型，添加“算例一”为新事件，单击“应用、编辑疲劳数据”并添加材料的“疲劳SN曲线”，单击“运行”，软件自动分析计算仿真结果。显示“损坏百分比”和“生命总数”[8]如图5。

3 结论

从图4得出，深沟球轴承在工作中，最大应力应变均首先发生在径向载荷作用线上的沟道上面，故沟道上最易发生破坏。从图5得出，轴承都为蓝色没有太大变化，说明载荷远小于轴承钢GCr15的疲劳极限，所以可认为轴承在该工作条件下不会被破坏。疲劳分析结果也说明了在实际工作中沟道上最易发生破坏，符合实际情况。

参考文献

[1]张小波，秦天峰，潘振.基于SolidWorks的深沟球轴承的三维建模与仿真分析[J].现代机械，2016，44（04）：43-45.

[2]卓兰.滚动轴承的失效形式与故障诊断[J].赤峰学院学报：自然科学版，2012，33（06）：115-116.

[3]刘雪松，王东亮，薛晓莹.基于SolidWorks矿用电机车减速器的三维模型建立及输出轴的有限元分析[J].煤矿机械，2012，38（04）：225-227.

[4]邦椿.机械设计手册：第5版[M].北京：机械工出业版社，2010.

[5]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1993.

[6]张晋西，郭学琴.SolidWorks及Cosmosmotion机械仿真设计[M].北京：清A大学出版社，2006.

[7]王宗彦，吴淑芳.SolidWorks机械产品高级开发技术[M].北京：北京理工大学出版社，2005.

[8]苏春.计算机辅助设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

作者简介：邹嘉林（1997-），男，四川渠县人，本科在读，机械设计制造及其自动化专业。