唐深 

引言

轴孔连接配合是机械行业中最为常见、最为重要的配合形式之一。常见的应用，如销钉与孔的配合，轴与轴承、轴承与支座之间的配合等等。



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轴承载荷

轴与孔接触，在接触面上存在法向压力的作用。轴与孔之间的这个压缩载荷，称之为轴承载荷。在工程上，关于法向压力的分布，工程人员通常采用载荷在轴与孔的接触面上按照正弦规律分布的方法，假设作用力的大小按照正弦分布。这种方法由于规律简单而又对于结构简单的孔和轴符合得好，在实践上得到广泛的应用。



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轴承载荷的特征

  1. 1、轴承载荷在相接触的圆柱面间或壳体边线产生；
  • 2、在大多数情况下，接触面或边线的半径相同；
  • 3、轴承载荷在接触面产生非均匀压力。
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ANSYS中轴承载荷应用实例 

下图为一简单的轴承支座模型



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在圆柱面施加一个竖直向下的轴承载荷



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现在我们将模型导入Mechanical APDL，看看轴承载荷的分布



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可以看到，ANSYS首先在圆柱面上定义了一层表面单元（SURF154），如下图



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然后在圆柱面的下半部分定义了一个面载荷，力的大小以一定规律分布



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列出每个表面单元的具体载荷大小如下图（只显示了部分）



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国外论坛指出，力的幅值随着面的法向与力的方向的夹角按正弦规律变化，也就是说如果底处的力大小为1，则60度位置力大小为0.5，90度（两侧）力大小为0。

执行静力分析，得到应力分布云图如下



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ANSYS中轴承载荷使用注意事项

  1. 1、轴承载荷仅可应用于圆柱表面的内部，且只能是径向力。如果定义了轴向力，软件会停止求解并报错；
  • 2、如果孔的圆柱面被CAD软件分为了多个面，使用轴承载荷边界条件时，需要选择所有面；
  • 3、无论单个轴承载荷中包含多少个部分表面，在轴承载荷属性表中指定的数值为总载荷大小；

注意轴承载荷与表面载荷的区别。例如，如果将圆柱分为四个90° 表面，并在选择所有这四个表面的情况下定义1,000磅轴承载荷，则总载荷将为 1,000磅。相反，如果应用1,000磅表面力，则总载荷为4,000磅（1,000磅/表面 x 4 个表面）。

  1. 4、轴承载荷的大小必须为恒定数值，不可以定义为表格或函数形式；
  • 5、径向载荷以抛物线分布方式应用，并且始终局限在与径向矢量方向成 +/90° 角的最大圆柱载荷区域中。
  • 6、定义轴承载荷后，软件为自动处理为按规律变化的面压力；

小结

本文介绍了ANSYS Workbench中的轴承载荷以及使用注意事项，进一步在Mechanical APDL中查看了软件对轴承载荷的处理方法，从而对ANSYS中的轴承载荷使用有更加深入的认识。

参考资料

  1. 轴、孔接触面荷载分布研究，大连理工大学学报
  • ANSYS帮助文档

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