轧辊轴承载荷分布计算.pdf

2004 ANSYS 中国用户论文集 轧辊轴承载荷分布计算 叶新功 西北轴承股份有限公司，750021，银川 徐 华 西安交通大学，710049，西安 何加群 西北轴承股份有限公司，750021，银川 [ 摘 要 ] 应用有限元分析软件ANSYS，建立了轧机用轴承四列圆柱滚子轴承多体接触系统的有限元模 型，进行了接触状态的分析，计算了轴承中各滚动体在外部载荷作用下及不同支撑刚度下的受 力状态，获得了轧机轴承载荷及接触应力的分布规律，为提高轧机轴承的工作寿命进行深入的 研究提供了科学的数据。 [ 关键词 ] 四列圆柱滚子轴承；多体接触；有限元分析；接触应力 1 前言 滚动轴承的接触应力取决于载荷，轴承的最大接触应力同样也是载荷分布的函数。因此， 由应力水平决定的轴承疲劳寿命也会因滚动体载荷的分布情况而受到显著的影响。 对于轧钢机械工作辊用四列圆柱滚子轴承这样的重载轴承，它的套圈壁厚较薄，轴承座 的刚性较差，在轧制钢板过程中，会发生一定的弹性变形，就不能按照刚性体支承来计算轴 承内部滚动体的载荷分布，而必须考虑轴承套圈和轴承座弹性变形的影响，否则得到的计算 [1] 结果会有所不同 。有限元法对于这种计算是一种较理想的方法，能够很好地模拟柔性体支 承下轴承内部的接触应力和载荷分布。 本文研究了轧机工作辊用四列圆柱滚子轴承多体接触系统及轴承座对轴承内部载荷分 布的影响，通过ANSYS 有限元分析软件，计算了轴承套圈与滚子的弹性接触问题，获得了 轴承内部的载荷分布。 2 有限元模型的建立 在应用有限元法分析计算时，本文将工作辊、轴承与轴承座视为一个三体接触系统。工 作辊与轴承内圈为过盈配合，看做为一个弹性体，外圈与轴承座配合间隙较小，也可看成一 个弹性体。在建立有限元分析模型时，根据轴承的结构及承载特点，简化了有限元分析模型， 1 2004 ANSYS 中国用户论文集 只取了轴承的下半圈的几何模型，用切片法建立轴承整体二维有限元模型。实体单元选用四 节点等参单元，在进行网格划分时，对接触区域进行了网格细化，在其它地方进行适当的处 [2] 理；在每个滚动体与套圈间，分别创建了相应的接触模型来描述它们的接触状态 ，完成了 多体接触的有限元分析模型。图1.1所示为四列圆柱滚子轴承有限元分析模型。 图1 四列圆柱滚子轴承有限元模型 3 计算结果分析 本文选用四列圆柱滚子轴承FC 3852168 作为分析的实体模型。轴承在轧制钢板时，施 加的弯辊力为350KN，按照等效力分配原则施加到模型上的载荷为2917N。根据上述模型对 轴承内部载荷分布进行了有限元计算，结果如图3~6 所示。 在进行计算结果分析前，为了说明上的方便，给轴承的滚子依次做了相应的编号标记， 具体见图2。 图2 轴承滚子位置分布图 图3 是载荷作用下轴承整体接触等效应力分布图。最大等效应力值为473 MPa，出现在 7 号和8 号滚子上。 2 2004 ANSYS 中国用户论文集 图4 为轴承内外圈等效应力分布图。图中显示套圈上最大等效应力值为337 MPa。 图5 为轴承内外圈接触区域接触应力分布图。在7