轴承座结构静力学分析及优化设计(附件)【字数：8148】
摘 要轴承座的作用是用来支撑和定位轴承的，轴承座设计不合理将导致轴对中出现问题,影响机构的平稳运行。对轴承座进行有限元的分析可以有效的了解轴承座的应力变化情况，分析结构的合理性。借助Hypermesh软件对模型进行有限元网格的划分及施加合理的边界条件，得到轴承座在给定载荷下的应力和应变变化情况，根据应力应变分布情况对轴承座结构进行优化设计,优化后轴承座最大应力由59.65Mpa增加为87.87Mpa,在安全范围内,最大应变0.027mm增加到0.059mm对于轴承座可以忽略不计，满足设计要求,而轴承座质量降低了15%,达到了轻量化设计的目的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2有限元分析的概念 1
1.3轴承座的介绍 1
1.4国内外现状 2
第二章 ug模型的建立过程 3
2.1 ug软件的简介 3
2.2 三维模型的建立 3
第三章 有限元分析 10
3.1 有限元分析介绍 10
3.2 HyperMesh软件的概述 10
3.3 HyperMesh模型有限元分析 11
第四章 结果分析与优化 16
4.1 应力与变形分析 16
4.2 优化结果分析 17
第五章 总结 18
致谢 19
参考文献 20
第一章 绪论
1.1课题背景及意义
随着时代的发展，自动化的发展进程越来越迅速。机器逐步在取代人力完成一些人力难以完成或者繁琐的任务，节约了成本节省了人力。谈到机械的自动化传动就不得不提到轴承，没有轴机械传动根本就没有办法动起来[1]。由于轴转动的时候可能往任意方向抖动就需要轴承来固定轴的运动，而需要的只是轴的轴向转动，因此需要轴承来限制轴的运动，轴承座的作用就是用来固定轴承的。轴承座的结构紧凑，能接受较大的综合载荷，根据轴承的大小不同轴承座的大小可各不相同。有轴承的地方就要有支承点，轴承的内支承点是轴，外支承点就是轴承座。在使用时要根据设计和选用要求进行选择，轴承座的应用十分广泛，合理的设计非常重要。
1.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
有限元分析的概念
有限元分析的核心是用简单的单元来解决复杂问题的求解。它把所要求解的问题域分解成若干个子区域，利用每个单元假设一个适当的近似解，推导出所要求的解[2]。由于实际所遇到的要求解的问题被简单化，得到的解也是近似的，并不是准确的解。实际的问题在处理的时候很难得到准确解，有限元的出现，使得计算很精准并且能适应所要遇到的各种各样复杂的问题，所以有限元就成为了分析工程问题的非常有效的手段。
有限元分析（FEA）是十分重要的工程运用解决手段，利用有限元分析解决复杂曲面的工程问题，还可以直接对工程设计的质量进行评估和技术分析。[3]有限元这个概念在很早很早以前就被运用到实际的生活数学问题的求解上了。最初我们运用多边形无限逼近圆，然后计算圆的周长。在现如今航空航天领域利用有限元进行强度的校核和计算，由于其方便，快捷实用性对于力学研究有重要的意义，历经多年的研究发展和计算机领域的发展迅速从结构力学的计算扩展到很多科学领域，成为一种高效的计算方法[4]。
1.3轴承座的介绍
（1）轴承座的概述
对于轴承座零件。一个轴承可以选用多个不一样的轴承座，一个轴承座也同时可以对应多个轴承。这样就带来了轴承座的种类的多样性。很多的国家的轴承有自己独有的型号，即使是一样的轴承座在不一样的公司也有可能是不同的。对常见的标准一些轴承座它的制作材料有铸钢、灰口铸铁、球墨铸铁、Q345等等。
由于轴承座的要求不一样，轴承座的分类也有很多种，要根据所选轴承的不同的适用场合以及具体使用的强度大小要求进行分类选择，
（2）轴承座的分类
轴承座分为：带底面的球面轴承座，部分分离式轴承座、滑动轴承座、滚动轴承座、整体式轴承座、外球面轴承座等。带底座的球面轴承座，又称轴承单元，根据轴承的系列分为200，300，500，600系列。按形状可以分为圆形式（C式），方形式（F式），立式（P式），菱形式（F式），吊式（FA式），凸台方形式（FS式）等整体式立式轴承座:轴承箱盖带有螺纹紧固。这类轴承座最初是用在轻轨道卡车的油箱上面的。整体式的轴承座刚性强度大，能承受更大的载荷。部分分离式:特点是便于安装和拆除，由于不是一体结构强度不如整体式的，型号主要分为SN2,3,5,6，SNL2、SNL5、3100、3000、3200系列[5]。
1.4国内外现状
在20世纪5060年代有限元分析软件得到了重大的发展，其中比较著名的是美国贝尔航空经过美国国家航天局的委托在1965年开发的NASTRAN有限元软件分析系统[6]。到现在经过很多版本的更新，已经成为世界上规模最大功能最强大的有限元分析软件之一。还有ANSYS,PESAFE,ABAUQS,PAMCASH等一系列软件。
为了适应技术的发展，很多学校也把计算机分析例如UG，CAD，Proe等一系列现代化工业分析常用的软件列入了重点的教学计划，目的就是为了培养全面现代化人才。学生们在学习这方面知识时，由于其独特和新颖性，很快就产生了浓浓的兴趣。除此以外，这门课程是需要大量的实践和练习才能更好的掌握的，所以现在大多数理工科类学校都配备现代化的机房和实践场地。国家的重视发展，学校的积极配合使得我国这方面的发展速度迅速取得了不小的突破。有限元分析法被美国的丹尼尔提出，在精度得以保证的前提下对应力集中因子进行求解时，可以大量的减少不必要的时间，在椭圆裂纹的研究相关领域内有着举足轻重的作用。德国的宝马公司开发并使用了例如IDEAS等相关方面的优秀软件，将计算量较大的分析文件格式转化变得更加方便且快捷，可以用图表的形式更为直观的去展示零部件的能量状况。凭借着功能强劲的计算机系统，可以让运算速度变得非常迅速[7]。就国内而言，作为上海的标志性建筑，吸引着无数外来游客前来参观的东方明珠塔其结构设计的时候也是适当的运用到了有限元软件，对塔安全性能方面进行了必要的检测。18世纪末期，欧拉创建变分法对轴力杆的平衡进行求解。1943年纽约科研人员Richard Courant对定义在三角形上的分片连续函数和最小位能原理相结合，来求解扭矩问题[8]。
第二章 三维模型的建立
2.1 ug软件的简介
UG是Siemens公司出品的一个CAM/CAD/CAE的结合体软件，为使用者提供很实用的功能能在其中建立模型、工艺分析。解决了产品的设计开发问题。工程人员可以用软件解决工件的分析，设计，工程图的绘制以及编程等一系列问题[9]。解决了产品的设计开发问题，能通过计算机模拟能了解产品的一系列数据和问题，不需要实物就可以分析和设计。UG软件在汽车设计，模具开发，高科技技术开发，特别是在机械行业运用非常广泛。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2有限元分析的概念 1
1.3轴承座的介绍 1
1.4国内外现状 2
第二章 ug模型的建立过程 3
2.1 ug软件的简介 3
2.2 三维模型的建立 3
第三章 有限元分析 10
3.1 有限元分析介绍 10
3.2 HyperMesh软件的概述 10
3.3 HyperMesh模型有限元分析 11
第四章 结果分析与优化 16
4.1 应力与变形分析 16
4.2 优化结果分析 17
第五章 总结 18
致谢 19
参考文献 20
第一章 绪论
1.1课题背景及意义
随着时代的发展，自动化的发展进程越来越迅速。机器逐步在取代人力完成一些人力难以完成或者繁琐的任务，节约了成本节省了人力。谈到机械的自动化传动就不得不提到轴承，没有轴机械传动根本就没有办法动起来[1]。由于轴转动的时候可能往任意方向抖动就需要轴承来固定轴的运动，而需要的只是轴的轴向转动，因此需要轴承来限制轴的运动，轴承座的作用就是用来固定轴承的。轴承座的结构紧凑，能接受较大的综合载荷，根据轴承的大小不同轴承座的大小可各不相同。有轴承的地方就要有支承点，轴承的内支承点是轴，外支承点就是轴承座。在使用时要根据设计和选用要求进行选择，轴承座的应用十分广泛，合理的设计非常重要。
1.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
有限元分析的概念
有限元分析的核心是用简单的单元来解决复杂问题的求解。它把所要求解的问题域分解成若干个子区域，利用每个单元假设一个适当的近似解，推导出所要求的解[2]。由于实际所遇到的要求解的问题被简单化，得到的解也是近似的，并不是准确的解。实际的问题在处理的时候很难得到准确解，有限元的出现，使得计算很精准并且能适应所要遇到的各种各样复杂的问题，所以有限元就成为了分析工程问题的非常有效的手段。
有限元分析（FEA）是十分重要的工程运用解决手段，利用有限元分析解决复杂曲面的工程问题，还可以直接对工程设计的质量进行评估和技术分析。[3]有限元这个概念在很早很早以前就被运用到实际的生活数学问题的求解上了。最初我们运用多边形无限逼近圆，然后计算圆的周长。在现如今航空航天领域利用有限元进行强度的校核和计算，由于其方便，快捷实用性对于力学研究有重要的意义，历经多年的研究发展和计算机领域的发展迅速从结构力学的计算扩展到很多科学领域，成为一种高效的计算方法[4]。
1.3轴承座的介绍
（1）轴承座的概述
对于轴承座零件。一个轴承可以选用多个不一样的轴承座，一个轴承座也同时可以对应多个轴承。这样就带来了轴承座的种类的多样性。很多的国家的轴承有自己独有的型号，即使是一样的轴承座在不一样的公司也有可能是不同的。对常见的标准一些轴承座它的制作材料有铸钢、灰口铸铁、球墨铸铁、Q345等等。
由于轴承座的要求不一样，轴承座的分类也有很多种，要根据所选轴承的不同的适用场合以及具体使用的强度大小要求进行分类选择，
（2）轴承座的分类
轴承座分为：带底面的球面轴承座，部分分离式轴承座、滑动轴承座、滚动轴承座、整体式轴承座、外球面轴承座等。带底座的球面轴承座，又称轴承单元，根据轴承的系列分为200，300，500，600系列。按形状可以分为圆形式（C式），方形式（F式），立式（P式），菱形式（F式），吊式（FA式），凸台方形式（FS式）等整体式立式轴承座:轴承箱盖带有螺纹紧固。这类轴承座最初是用在轻轨道卡车的油箱上面的。整体式的轴承座刚性强度大，能承受更大的载荷。部分分离式:特点是便于安装和拆除，由于不是一体结构强度不如整体式的，型号主要分为SN2,3,5,6，SNL2、SNL5、3100、3000、3200系列[5]。
1.4国内外现状
在20世纪5060年代有限元分析软件得到了重大的发展，其中比较著名的是美国贝尔航空经过美国国家航天局的委托在1965年开发的NASTRAN有限元软件分析系统[6]。到现在经过很多版本的更新，已经成为世界上规模最大功能最强大的有限元分析软件之一。还有ANSYS,PESAFE,ABAUQS,PAMCASH等一系列软件。
为了适应技术的发展，很多学校也把计算机分析例如UG，CAD，Proe等一系列现代化工业分析常用的软件列入了重点的教学计划，目的就是为了培养全面现代化人才。学生们在学习这方面知识时，由于其独特和新颖性，很快就产生了浓浓的兴趣。除此以外，这门课程是需要大量的实践和练习才能更好的掌握的，所以现在大多数理工科类学校都配备现代化的机房和实践场地。国家的重视发展，学校的积极配合使得我国这方面的发展速度迅速取得了不小的突破。有限元分析法被美国的丹尼尔提出，在精度得以保证的前提下对应力集中因子进行求解时，可以大量的减少不必要的时间，在椭圆裂纹的研究相关领域内有着举足轻重的作用。德国的宝马公司开发并使用了例如IDEAS等相关方面的优秀软件，将计算量较大的分析文件格式转化变得更加方便且快捷，可以用图表的形式更为直观的去展示零部件的能量状况。凭借着功能强劲的计算机系统，可以让运算速度变得非常迅速[7]。就国内而言，作为上海的标志性建筑，吸引着无数外来游客前来参观的东方明珠塔其结构设计的时候也是适当的运用到了有限元软件，对塔安全性能方面进行了必要的检测。18世纪末期，欧拉创建变分法对轴力杆的平衡进行求解。1943年纽约科研人员Richard Courant对定义在三角形上的分片连续函数和最小位能原理相结合，来求解扭矩问题[8]。
第二章 三维模型的建立
2.1 ug软件的简介
UG是Siemens公司出品的一个CAM/CAD/CAE的结合体软件，为使用者提供很实用的功能能在其中建立模型、工艺分析。解决了产品的设计开发问题。工程人员可以用软件解决工件的分析，设计，工程图的绘制以及编程等一系列问题[9]。解决了产品的设计开发问题，能通过计算机模拟能了解产品的一系列数据和问题，不需要实物就可以分析和设计。UG软件在汽车设计，模具开发，高科技技术开发，特别是在机械行业运用非常广泛。
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