轴承滚子的有限元简化模拟研究_顾佥.pdf

节选段落一：
技术 | Technology
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轴承滚子的有限元简化模拟研究
文 | 顾佥
随着现代机械工业的精细化发展和计算机软硬件技术
的飞速进步，有限元方法已经非常普遍地应用于机械结构设
计计算。在有限元分析中，经常会遇到多个部件之间的非线
性连接。例如，轴承、万向节、铰链等连接结构通常具有复
杂的内部接触，如果对每个内部组件都详细建模，就要划分
很细致的网格，耗费大量计算时间，因此，在实际的工程应
用中，通常会在模型中对它们进行简化处理，以此来提高计
算效率。


节选段落二：
有限元计算结果与根据 ISO/TS 16281―2008标准提供
的公式计算的理论结果如图 4所示，由图可以看到，两条曲
线数值比较相近。这证明在整体刚度的计算上，实体单元的
有限元模型与解析算法的结论基本一致。
得到位移与反力的关系曲线后，就可以用简化的方式
来模拟轴承滚子。具体的方法是把一个滚子简化为一排非线
图3 接触状态（左）与接触应力（右）云图
图4 圆柱滚子轴承两种计算方式下的位移与反力关系
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性弹簧单元（例如，ANSYS软件中的 Combin39单元），
这些单元必须平行、均布（图 5）。


节选段落三：
将弹簧单元的拉伸刚度
设为 0，压缩刚度按图 4中的计算结果均分设置，注意位于
两端的单元刚度值要设置成中间单元刚度值的一半。
由简化后的有限元模型（图 5）可知，在网格数量上，
该模型比实体滚子有限元模型要少得多。而且去除了接触计
算，模型的计算速度极大提升。在本文的算例中，使用同一
台计算机进行计算，实体滚子接触模型的计算时间大约是 1
小时 7分钟，简化模型只有 3秒。
然而在统计计算结果后发现弹簧单元产生的反力比预
想值低 40%左右，这是由于在设置弹簧刚度时，使用的是
整个系统的位移与反力关系（图 4中的蓝色曲线），轴承内
外圈的弹性变形并没有被分离出去。