弘逍科技助力国内某轴承企业研发

  2015年7月弘逍科技与国内某知名轴承公司达成合作，协助其研发工作，利用有限元仿真软件虚拟验证并与进行大量的实验验证，有效的提高了其研发水平，并积累了虚拟验证经验，节省了大量成本及研发时间，下面是客户利用有限元分析软件的应用案例

一、滚动轴承结构强度分析

滚动轴承正常的失效形式是滚动体或内外滚道上的点蚀破坏, 这是在安装、润滑、维护很好的条件下, 由于大量重复地承受变化的应力而产生的。一旦遭受到点蚀破坏后, 通常在运转时会出现比较强烈的振动、噪声和发热现象。因此对滚动轴承的内外圈和滚动体进行应力和应变的分析意义显得十分重大。但解析法建立力学模型必须简化处理, 解析解误差太大, 而数值解就可以克服这些缺点。目前, 工程技术领域内的数值模拟法, 主要是有限单元法。

二、滚动轴承接触问题的有限元分析

根据轴承座、轴承和轧辊的几何形状和载荷的分布, 在建立轴承座受力分析的有限元模型时, 取轴承座的1 /2进行建模分析, 研究的类型视为平面应变问题(滚动体的有效宽度取80 mm) 。在研究万能轧机轴承座受力分析的过程中, 由于水平辊与轴承内环、轴承外环和轴承座没有相对运动, 因此将轴和轴承内环、轴承座和轴承外环分别视为一个整体建立有限元模型。根据滚动承受径向力的受力特性可知, 滚动体最多只有半圈以内受载荷的作用, 轴承内滚动体的最大接触包角不超过180°, 因此在建立有限元模型时只考虑接触包角90°以内的滚动体的受力。为了计算的精度和效率, 和滚动体接触的区域内有限元网格划分得密些, 在非接触的区域内有限元网格划分得稀疏些。

三、轴承工作环境温度效应仿真

热效应对轴承性能的研究一直被认为是一个重要的课题。一方面轴承接触面由于高速旋转摩擦生热产生热，另一方面有些轴承是在高温环境中工作的，温升导致的碾瓦和咬粘以及磨损等问题会引起的摩擦原件频繁的失效。这些可以利用有限元仿真热分析以及热结构耦合分析来仿真。

四、橡胶尾轴承试验模态分析研究

橡胶尾轴承由于其减振降噪的优良特性，在舰船中的应用越来越广泛。本文应用锤击法，对橡胶尾轴承整体进行了试验模态分析，并应用模态置信判据(MAC值)对试验模态分析结果的正确性进行了验证，结果表明基于线性理论的模态分析方法对橡胶轴承进行分析，其试验模态分析得出的固有频率与有限元模态分析得出的固有频率分布范围基本一致，但由于橡胶的非线性造成橡胶轴承的振型与有限元仿真计算结果有一定差异，而金属衬套的频率和振型则趋于一致。

五、基于有限元仿真的空气静压轴承有限元分析

空气轴承式板形仪主要由若干个空气静压轴承辊环组成。其通过测量辊环气膜压力来测定带材的张应力分布, 以期获得良好的冷轧带材板形质量。研究空气静压轴承辊环气膜压力分布时, 传统工程方法往往非常烦琐, 而采用有限元法不仅灵活, 而且精度高。

六、轴承润滑特性分析

在有限元仿真软件中，有专门的油膜单元（Fluid136、Fluid138、Fluid139）来模拟油膜，进行轴承油膜计算，可以得到在轴承工作状态下油膜的压力分布，以及油膜的刚度和阻尼系数。

七、双列角接触球轴承应力分析

406224-2RS（双列角接触球轴承）不能通过寿命试验，为了解在额定载荷(径向力为240kgf)和转速(5000 RPM)轴承的疲劳情况,首先进行静力分析,观察应力分布情况。再按运动状态得到应力随时间的变化,计算疲劳寿命。

通过讨论轴承接触问题的性质，分析了深沟球轴承接触应力的计算方法，建立深沟球轴承有限元模型，通过接触边界条件的处理，得到深沟球轴承内、外圈及滚动体的接触应力，仿真计算结果与赫兹理论解较好的吻合，表明有限元模型建立的正确性和边界条件施加的合理性，为滚动轴承的设计优化提供了科学依据

有限元仿真在轴承方面可以进行应力应变的静态分析，也可以对轴承最复杂的非线性接触进行分析，并且可以通过动力学分析轴承的动态性能，并利用优化模块对其进行优化。

八、含渗碳层和铜合金牙轮钻头滑动轴承面－面接触分析

牙轮钻头滑动轴承是决定牙轮钻头工作寿命的关键部位之一。它必须承受破岩时的巨大冲击震动载荷，同时保持牙轮和牙爪轴颈之间的相对运动。因此，要求它必须具有良好减摩性、耐磨性和耐冲击性能。牙轮钻头滑动轴承通常是表面经过渗碳淬火处理（或者其它热处理）提高其表面接触硬度和强度，但为了提高其减摩性，又在牙轮钻头滑动轴承的牙轮大径孔表面和止推面上分别加工出长条形槽和圆柱形盲孔，并在槽和孔中浇铸铜合金或银锰合金。这样的结构设计对其接触应力和整体应力的大小和分布有多大影响呢？这是牙轮钻头技术人员非常关心的问题。通常的办法是实验测试。应用有限元仿真接触有限元分析技术和方法，成功地解决了该问题。并在同等的条件下，与没有渗碳层和铜合金的牙轮钻头滑动轴承的接触有限元分析结果相比较，其接触压力的峰值和等效Mises应力峰值分别上升了21.3%和5.6%。而且峰值接触压力和峰值Mises应力所处位置正是实际应用中牙轮钻头滑动轴承失效所在的部位。说明有限元分析结果是正确可靠的。

九、轧辊轴承载荷分布计算

对于轧钢机械工作辊用四列圆柱滚子轴承这样的重载轴承，它的套圈壁厚较薄，轴承座的刚性较差，在轧制钢板过程中，会发生一定的弹性变形，就不能按照刚性体支承来计算轴承内部滚动体的载荷分布，而必须考虑轴承套圈和轴承座弹性变形的影响，否则得到的计算结果会有所不同。有限元法对于这种计算是一种较理想的方法，能够很好地模拟柔性体支承下轴承内部的接触应力和载荷分布应力分布云图。