32222型圆锥滚子轴承的疲劳分析

32222型圆锥滚子轴承的疲劳分析

李伟

AnalysisoftheFatigueof32222TaperedRollerBearing李伟LIWei（郑州铁路局焦作车辆段，焦作454493）（ZhengzhouRailwayBureau，JiaozuoDepot，Jiaozuo454493，China）

摘要院疲劳寿命是对轴承使用的一个基本要求，疲劳破坏是轴承破坏和失效的主要原因之一。在AnsysWorkbench软件中，轴承在只承受径向载荷作用下，绘制出了疲劳破坏的云图。

Abstract:Fatiguelifeisabasicrequirementoftheusageofthebearing,fatiguefailureisamajorcauseofthedamageandfailureofthebearings.IntheAnsysWorkbenchsoftware,thenephogramsofthefatiguefailurearemappedoutonlyundertheeffectofradialloads.

关键词院疲劳寿命；疲劳破坏；AnsysWorkbench；云图Keywords:fatiguelife；fatiguefailure；AnsysWorkbench；nephogram中图分类号院TH133.3文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）23-0066-02

1疲劳概述在小于极限载荷的外力作用下，结构发生破裂的现象称之为疲劳。在机械结构中，结构的失效形式有多种，其中疲劳失效就是常见的一种。载荷重复循环的加载对结构会造成疲劳破坏，按照载荷重复加载的次数可以将其分为高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳是在载荷的重复循环次数比较高时产生的，例如循环次数为104~109时，就会产生高周疲劳；低周疲劳是在载荷的重复循环次数相对较低时产生的。应力疲劳多属于高周疲劳；而塑性变形常常伴随着低周疲劳。疲劳分析是在线性静力分析之后，通过设计仿真自动执行的。

2疲劳分析的程序疲劳分析的步骤为：淤指定模型材料特性；于选取SN曲线；盂定义接触区域；榆定义网格控制；虞施加载荷和约束；愚（设定）需要的结果；舆求解模型。

疲劳计算只支持对体和面的计算，对于线模型来说，目前还不能输出应力结果，所以对于线的疲劳计算是忽略的，在模型中，线可以给结构提供刚性，但在疲劳分析并不计算线模型。

2.1指定模型材料特性由于有线性静力分析，所以需要用到杨氏模量和泊松比。本课题研究的是圆锥滚子轴承，因此取其材料为轴承钢GCr15（杨氏模量E=2.07伊105MPa，泊松比滋=0.3）。

疲劳模块需要使用到在工程数据分支下材料特性当中的S-N曲线数据：数据类型是在“疲劳特性”(FatigueProperties)下说明的。

2.2选取疲劳特征曲线疲劳分析需要使用到在工程数据分支下材料特性当中的S-N曲线数据：S-N曲线数据是在材料特性分支条下的“交变应力与循环”选项中输入的。

2.3定义接触区域在疲劳分析中可以包括接触区域，对于非线性接触问题，如果振幅一定时，疲劳寿命的计算可以用非比例载荷的方法来代替。在ANSISWorkbench中，软件会自动选择接触对。

2.4划分网格在软件中设置网格单元的尺寸为1mm，共产生了34411个节点，7380个单元。划分网格如图1所示。

2.5添加约束条件和载荷在分析圆锥滚子轴承滚子与内外圈滚道接触时，由于其结构的对称性，建立二分之一滚子接触模型，并施加对称边界条件。确定好位移边界条件后，对有限元实体模型施加集中载荷，即施加在32222型圆锥滚子轴承的载荷为集中力载荷。

考虑模型的对称性，约束条件如下：淤对称约束：滚子所在的剖面处施加对称约束，另一剖面施加周期对称约束；于耦合自由度：当轴承在轴上运转时，轴相当于刚体，因此，轴承的内圈和轴有相同的位移，耦合内圈表面上的所有节点的径向和周向的自由度，这样就能保持内圈的内表面为刚性。盂轴承座的模拟：轴承座套住轴承时，轴承的外圈的外表面与轴承座接触，轴承座作为刚体来看待，因此轴承的外表面也要作为刚体来看待，要约束轴承外表面的所有自由度，即对轴承的外表面的各个方向的位移进行约束；榆法兰的模拟：法兰的目的是防止轴承的内外圈发生轴向的滑移，因此需要约束轴承圈体的轴向的位移。