关于轴承对轴的支承边界条件的设置

miaoxiao

关于轴承对轴的支承边界条件的设置
我正在做一个主轴的分析，由于是第一次接触此类问题，对轴承与轴的支承设置方法不熟悉，所以到这里发帖请教一下。

我要做的是主轴的强度分析，以后还要做模态分析。
问题是：如果不做接触分析，如何施加轴承对主轴的支承边界条件。

问题分解为两个主要方面：
(1) 轴承对轴的径向支承实际受力面不是整个圆柱面，而应该是近似半个圆柱面；
(2) 调心滚子轴承的调心自由度如何模拟表述；

轴承为调心滚子轴承，承受径向力和轴向力，径向力由P区域传递过来，主轴上向右的轴向力通过轴套A传递给轴承内圈，然后经由滚子、轴承外圈传递给轴承座。（主轴上向左的轴向力通过右侧轴套部分以类似的方式传递，暂不考虑，可以参照左端轴套A。）


在论坛上搜索了一下“轴与轴承”，得到的提示是一般可以用“弹簧单元”（如ANSYS的combin14，看论坛中帖子的描述，似乎是一种只抗压不抗拉的杆单元）来模拟轴承对轴的支承，解决的是第一个问题（“半个圆柱面”）。

同时由于有调心作用，主轴绕调心轴承的球心可能有微小的偏转（手册上查到的是“允许角偏位≤1.5°~ 2.5°”）。

但是第二个问题如何考虑呢？请指教。

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如果用接触分析的话，当然要简单一些，结果应该也更准确一些，“半个圆柱面”通过接触自动判断就是了，“调心自由度”也可以通过设置刚体的自由度来放开（暂时我还没有考虑是否可以限制调心的幅度）。

guangmingqian

滚动轴承的问题我也没有找到很好的方法，一般是如你所述，用径向弹簧或轴向弹簧来耦合。
载荷可以通过内圈中做RBE2，独立点在中心来加载。
问题的难处不光是你所说的限位作用，还有就是滚子的自转问题，所以要算其中的油膜和接触问题的确要研究研究。
新版EXCITE有滚子轴承的计算，但它也是采用半经验公式进行的，而且也没有滚子的接触油膜的结果。还主要是关注它的受力传递的问题。

guangdayou

(2) 调心滚子轴承的调心自由度如何模拟表述；

调心自由度无须摸拟，理论计算即可。
这不过是加了一个自由度，纯径向受力是一样的。

lichengwan

有一点想请教：

我看到这个帖子的作者发帖子还要求贡献积分为2的才能看到，这样是不是不太合理，既然大家都是来论坛讨论问题的，如果大家不想把自己的东西来共享，那为何又来论坛里讨论呢，还不如自己摸索算了。如果某个人不想把自己的东西拿来共享，我们也不强求啊。何况作者并不是把自己的东西拿出来共享的，既然是来请教问题的还要设定权限，这样的话有些人根本看不到此问题，还谈什么讨论了？？？？？？？？

guangdayou

老朋友新朋友都可以讨论最好了，以后最好不要设。
不过这里的问题有些难度，设个权限也没什么。

tianyaren

关键字：ANSYS的Link10，弹簧单元，Marc的GAP，调心轴承，接触分析

帖子快沉底了，我还是来顶一下吧。
了解得越多，越加发现自己不懂的太多，除了有限元理论知识的不足外，现在我发现机械的基础知识我们也得不断地学啊补啊。


最初拿到这个项目的时候根本没多想，照着所谓“有限元分析教程”那些书上的例子那样，在M处加了个轴向约束，P处加了个径向约束（当然后面还有周向的约束），主轴前端的载荷加上，就算了一组结果出来。结果抓了两个图给甲方一看，立刻就给否定了，边界条件不对。
诚惶诚恐，回来认真反思，越琢磨越发现这东西还真是复杂。然后就是满网络满SimWe地搜索相关帖子，情急之下冒昧地跑到这里来发帖子请教蓝博士。说“冒昧”是因为我是没有用AVL的软件的，基本上只用到我签名中这几个，而且这个项目也跟发动机不沾边……只是轴和轴承却是机械中最普遍的零部件，而且搜索到的帖子中也确实看到不少蓝博士的精彩而耐心的解答……

回来继续说这个问题。
这是某重型设备上的主轴，我们要对它做静强度疲劳强度模态等分析，由于分析对象是主轴，所以我的问题的重点在于轴承对主轴的支承，对于轴承本身并没有做太多考虑。
在简单的边界条件被否定后，经过讨论，我们把问题确定为“半圈”和“调心”，由于有使用Marc做接触分析的经验，很自然地想到做接触分析应该能比较简单地解决问题。但是由于甲方提到最好先不要做接触分析（应该是出于对计算经济性的考虑），所以我们尝试规避接触分析的方法。
看到使用ANSYS的兄弟们提到不少，关于ANSYS提供的特殊单元COMBI214还有link10，于是想试试看能不能在nastran或marc中找到类似的单元（抗拉不抗压 或 抗压不抗拉）。先试验通过patran的场给nastran弹簧单元设置单边刚度，发现很难实现；又去试验marc的弹簧link，发现在mentat中可以通过table设置单边刚度，但是做了两个例子发现有一些莫名其妙的问题，翻了一些资料，有人说“（用弹簧单元来模拟接触问题）对于初学者而言弹簧单元是一种很难用的单元”，这个“单边刚度”确实不是那么让人放心……
之后又有人提到marc的gap单元，似乎跟ansys的link10类似。找来ansys的手册看了看，这个link10确实比较方便，可以设置为只抗拉或只抗压，当设置为只抗拉时做一个蛛网放到轴承支承处可以不错地解决半圈问题，但是它的节点只有三个平动自由度，似乎对于“调心”是无能为力的。再看看marc的gap，确实很类似，但也只有三个平动自由度。而且marc的手册中还提到使用gap单元同样有迭代和收敛问题，毕竟它也是非线性的东西了，如此看来似乎比做接触分析并没有什么优势。

于是现在还是使用接触分析来做了。把两端的轴套和轴承内圈一起用一个面来表示，做成一个刚体，主轴划分网格做成变形体，刚体的三个平动和三个转动自由度可以通过控制节点来约束或释放。从目前的分析结果来看，效果还是不错，半圈接触是很明显的，对比开闭“调心”自由度的结果，从接触状态上看还是有差别。关闭“调心”，在载荷作用下，接触区域是“半圈”（即半个圆柱面）的一半长（轴向）；打开“调心”，接触区域是整个“半圈”。看上去是把调心轴承的作用表现出来了——“在轴出现挠曲时，可以自动调整，不增加轴承负担。”——也就是调整接触分布状态，改善受力。

我还在考虑的是——实际情况中轴承、轴套跟轴是过盈配合的，存在一个“过盈预紧”的问题，所以这个“半圈”支承似乎值得怀疑……现在的模型中是没有考虑这个问题的……

想的越多，发现问题就越多。于是发觉有限元分析的建模实在是很不容易的事情，哪些问题必须考虑、哪些应该适当简化、哪些是软件能表达的、那些是不能实现（或不现实或不经济）的，实在是有很多的学问。

tnxhit

但是，轴承单元的刚度根据什么来取呢？

tnxhit

另外，蛛网法和接触法哪个计算时间短一些？