轴承底座的静力学强度分析案例 | SupreStat公测招募中

为帮助读者更好地理解和应用SupreStat静力学功能模块，我们将陆续推出实际工程案例分析系列。本文是系列第一期，将以轴承座强度分析为例，展示完整的分析流程和方法。后续我们会分享更多不同类型的工程案例，敬请关注！

前言

轴承座作为机械行业的关键支撑部件，需承受径向力和轴向冲击，在交变应力下易产生磨损和偏心振动等问题，其结构设计直接影响使用寿命。一个可靠的轴承座对于减轻轴的偏心振动，保证机械设备的作业具有重要作用。

传统解析法在计算其承载性能时误差较大，而有限元法可有效模拟复杂几何结构，通过网格划分实现精确计算。目前，基于自适应网格的轴承座分析研究较少，本文将基于SupreStat静力学功能模块，进行轴承座的强度分析研究。

模型建立

轴承座的零部件由底板、支承板、圆筒、轴瓦等组成，根据轴承座的尺寸在SolidWork中将其建模。轴承座的主要结构参数如图1所示。

由于轴承座结构与载荷均为上下、左右对称，仅需建立轴承座座体半侧模型即可。这种简化不仅减少计算时间和硬件需求，还便于设置符合结构实际变形情况的边界条件。基于结构参数优化后的半侧模型如图2-3所示。

图 2 半侧模型

网格划分

采用SupreStat自适应网格系统进行划分，在保证网格精度前提下，可大幅降低总体网格规模，提高计算效率。

设置全局网格尺寸为3.0mm，网格光顺5次，设置局部面加密，尺寸控制为0.3mm范围，如图4所示；尺寸控制为1.5mm范围，如图5所示。

网格模型如图6-7所示，节点数量为10511个，单元数为58490个，网格质量绝大部分在0.7以上，最低为0.3，网格质量较好。

边界条件定义与载荷施加

在进行有限元分析检验时，由于此模型使用4个安装孔对轴承座进行固定，所以边界条件设置为通过4个安装孔和基座底面实施完全固定约束，如图8所示。

因为只建立了轴承座座体的一半模型，需要设置对称面约束，如图9所示。

材料选用STEEL 4340 AISI OQ 1000 F 4 IN. ROUND（密度7833.4kg/m³，弹性模量2.068×10^9Pa，泊松比0.29）。

轴承所受的载荷远大于自身的重量，忽略自重影响所引起的应力应变，施加载荷。轴承孔下表面径向压力60MPa，如图10所示；轴承孔垂直圆周面受到轴瓦的轴向压力为12 MPa，如图11所示。

计算结果

将模型与边界条件提交至SupreStat进行计算，得到米赛斯应力分布云图，位移矢量图、位移云图和Z方向位移云图，如图12-17所示。

云图显示最大应力值为175.5Mpa，位于轴承孔下部圆柱面。该值低于材料屈服强度，证实轴承座设计满足要求。

图 12 米赛斯应力分布云图

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参考文献
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