基于ADINA的履帶吊轉盤軸承應力分布分析

呂振偉 喬淑香 姬曉飛 郭 新

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

基于ADINA的履帶吊轉盤軸承應力分布分析

呂振偉 喬淑香 姬曉飛 郭 新

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

通過ADINA有限元軟件分析了履帶吊轉盤軸承在軸向載荷和傾覆力矩作用下的應力分布，結果表明，在其工況下最大應力值小于許用應力，驗證了轉盤軸承的懸臂環梁設計滿足強度要求，并計算得出內外圈最大應力發生的部位及整套軸承最大應力發生的部位。

轉盤軸承；ADINA；有限元分析

0 引言

轉盤軸承是能夠同時承受較大軸向負荷和傾覆力矩等總體載荷的特殊結構軸承，其應用范圍已從挖掘機和起重機逐漸發展到其他機械領域。為了提高產品的安全性，需對軸承應力分布、強度進行計算。下文使用ADINA有限元軟件分析履帶起重機用轉盤軸承的應力分布，校核履帶吊轉盤軸承的懸臂環梁強度。

1 建立有限元模型

在ADINA中分析結構場問題需要建立結構模型，然后將模型放在ADINA的結構求解器(ADINA-Structures)中進行求解。三排圓柱滾子轉盤軸承模型結構相對復雜，需要通過交叉使用ADINA Native(Simple)和ADINA-M進行建模。為了在軸承的關鍵部位進行網格細化，本文對內外圈的油溝部分進行分離建模，各個位置顯示如圖1所示。

圖1 三排圓柱滾子轉盤軸承模型截面示意圖

2 邊界條件及載荷

根據實際工況簡化模型，通過Apply Fixity對內圈內端面face面施加全固定約束ALL Fixity，對稱面施加對稱約束。

在實際工況中，履帶吊轉盤軸承外圈端面承受軸向載荷和傾覆力矩。本文采用建立剛性連接點法施加載荷(6 875 000/2 N大小的軸向力和21 700 000/2 N·m大小的傾覆力矩)，以實現力和力矩的傳遞，使其施加在外圈端面上。

3 計算結果

設置時間步，查看模型應力、應變以及位移結果，其中位移的單位是 mm，應力的單位是MPa。

(1) 整體模型。在Post-Processing里查看軸承整體模型的有限元分析結果。位移結果：正負最大位移值分別為+0.020 53 mm、-0.061 74 mm；應變結果：正負最大應變值分別為+0.001 167、-0.001 712；應力結果：最大應力為1 823 MPa。如圖2所示，圖中符號“△”處為應力最大值位置。

圖2 整體模型的應力云圖

(2) 外圈模型。打開顯示族選擇外圈族查看軸承外圈模型(不包括油溝部分)的有限元分析結果。查看模型在受載之后產生的應力，外圈滾道的最大應力為954.9 MPa。計算結果表明，外圈滾道的最大應力發生在外圈上滾道上。

(3) 外圈—油溝1模型。打開顯示族選擇外圈—油溝1族查看軸承外圈—油溝1的有限元分析結果。查看模型在受載之后產生的應力，外圈—油溝1的最大應力為237.9 MPa。

(4) 外圈—油溝2模型。打開顯示族選擇外圈—油溝2族查看軸承外圈—油溝2的有限元分析結果。查看模型在受載之后產生的應力，外圈—油溝2的最大應力為765.8 MPa。

(5) 內圈模型。打開顯示族選擇內圈族查看軸承內圈模型(不包括油溝部分)的有限元分析結果。查看模型在受載之后產生的應力，內圈滾道的最大應力為1 239 MPa。

(6) 內圈—油溝1模型。打開顯示族選擇內圈—油溝1族查看軸承內圈—油溝1的有限元分析結果。查看模型在受載之后產生的應力，內圈—油溝1的最大應力為1 008 MPa。

(7) 內圈—油溝2模型。打開顯示族選擇內圈—油溝2族查看軸承內圈—油溝2的有限元分析結果。查看模型在受載之后產生的應力，內圈—油溝2的最大應力為980.1 MPa。

(8) 滾子模型。打開顯示族選擇滾子族查看上排滾子模型的有限元分析結果。查看模型在受載之后產生的應變，上排滾子的最大應變為+0.001 167、-0.001 712。查看模型在受載之后產生的應力，上排滾子的最大應力為1 823 MPa，如圖3所示；下排滾子的最大應力為1 245 MPa，如圖4所示。圖中符號“△”處為應力最大值位置。

圖3 上排滾子模型應力云圖

圖4 下排滾子模型應力云圖

4 結論

(1) 所研究軸承套圈的材料為42CrMo，屈服極限應力為2 700 MPa，本文計算結果顯示軸承受載后套圈的最大應力值為1 239 MPa，小于材料的許用應力值，因此，本文所研究的履帶吊轉盤軸承的懸臂環梁設計滿足強度要求。

(2) 外圈滾道的最大應力發生在外圈上滾道上，為954.9 MPa；內圈滾道的最大應力發生在內圈上滾道上，為1 239 MPa。根據分析結果比較，內圈滾道所受最大應力值比外圈滾道所受最大應力值大29.75%。

(3) 外圈油溝位置所受的最大應力為765.8 MPa，發生在油溝2位置；內圈油溝位置所受的最大應力為1 008 MPa，發生在油溝1位置。縱看軸承整體模型，油溝位置所受的最大應力發生在內圈—油溝1位置。

(4) 分析兩排滾子計算結果，上排滾子所受最大應力值為1 823 MPa，下排滾子所受最大應力值為1 245 MPa，因此軸承模型中滾子所受的最大應力發生在上排滾子上。根據計算結果，上排滾子模型受力產生的最大應變值為+0.001 167、-0.001 712，與軸承整體模型的最大應變值大小一樣，因此，整體模型中上排滾子處發生了最大應力。

[1]馬野.ADINA有限元經典實例分析[M].北京：機械工業出版社，2012

[2]尚振國，董慧敏，毛范海，等.具有塑性變形的轉盤軸承有限元分析方法[J].農業工程學報，2011(12)

[3]張雪，張鋼，周凱峰，等.交叉滾子轉盤軸承的有限元分析[J].軸承，2012(4)

2014-07-04

呂振偉(1985—)，男，河北邢臺人，助理工程師，從事特大型軸承工藝設計及生產工作。