基于ADINA的履带吊转盘轴承应力分布分析

吕振伟 乔淑香 姬晓飞 郭 新

(洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039)

基于ADINA的履带吊转盘轴承应力分布分析

吕振伟 乔淑香 姬晓飞 郭 新

(洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039)

通过ADINA有限元软件分析了履带吊转盘轴承在轴向载荷和倾覆力矩作用下的应力分布，结果表明，在其工况下最大应力值小于许用应力，验证了转盘轴承的悬臂环梁设计满足强度要求，并计算得出内外圈最大应力发生的部位及整套轴承最大应力发生的部位。

转盘轴承；ADINA；有限元分析

0 引言

转盘轴承是能够同时承受较大轴向负荷和倾覆力矩等总体载荷的特殊结构轴承，其应用范围已从挖掘机和起重机逐渐发展到其他机械领域。为了提高产品的安全性，需对轴承应力分布、强度进行计算。下文使用ADINA有限元软件分析履带起重机用转盘轴承的应力分布，校核履带吊转盘轴承的悬臂环梁强度。

1 建立有限元模型

在ADINA中分析结构场问题需要建立结构模型，然后将模型放在ADINA的结构求解器(ADINA-Structures)中进行求解。三排圆柱滚子转盘轴承模型结构相对复杂，需要通过交叉使用ADINA Native(Simple)和ADINA-M进行建模。为了在轴承的关键部位进行网格细化，本文对内外圈的油沟部分进行分离建模，各个位置显示如图1所示。

图1 三排圆柱滚子转盘轴承模型截面示意图

2 边界条件及载荷

根据实际工况简化模型，通过Apply Fixity对内圈内端面face面施加全固定约束ALL Fixity，对称面施加对称约束。

在实际工况中，履带吊转盘轴承外圈端面承受轴向载荷和倾覆力矩。本文采用建立刚性连接点法施加载荷(6 875 000/2 N大小的轴向力和21 700 000/2 N·m大小的倾覆力矩)，以实现力和力矩的传递，使其施加在外圈端面上。

3 计算结果

设置时间步，查看模型应力、应变以及位移结果，其中位移的单位是 mm，应力的单位是MPa。

(1) 整体模型。在Post-Processing里查看轴承整体模型的有限元分析结果。位移结果：正负最大位移值分别为+0.020 53 mm、-0.061 74 mm；应变结果：正负最大应变值分别为+0.001 167、-0.001 712；应力结果：最大应力为1 823 MPa。如图2所示，图中符号“△”处为应力最大值位置。

图2 整体模型的应力云图

(2) 外圈模型。打开显示族选择外圈族查看轴承外圈模型(不包括油沟部分)的有限元分析结果。查看模型在受载之后产生的应力，外圈滚道的最大应力为954.9 MPa。计算结果表明，外圈滚道的最大应力发生在外圈上滚道上。

(3) 外圈—油沟1模型。打开显示族选择外圈—油沟1族查看轴承外圈—油沟1的有限元分析结果。查看模型在受载之后产生的应力，外圈—油沟1的最大应力为237.9 MPa。

(4) 外圈—油沟2模型。打开显示族选择外圈—油沟2族查看轴承外圈—油沟2的有限元分析结果。查看模型在受载之后产生的应力，外圈—油沟2的最大应力为765.8 MPa。

(5) 内圈模型。打开显示族选择内圈族查看轴承内圈模型(不包括油沟部分)的有限元分析结果。查看模型在受载之后产生的应力，内圈滚道的最大应力为1 239 MPa。

(6) 内圈—油沟1模型。打开显示族选择内圈—油沟1族查看轴承内圈—油沟1的有限元分析结果。查看模型在受载之后产生的应力，内圈—油沟1的最大应力为1 008 MPa。

(7) 内圈—油沟2模型。打开显示族选择内圈—油沟2族查看轴承内圈—油沟2的有限元分析结果。查看模型在受载之后产生的应力，内圈—油沟2的最大应力为980.1 MPa。

(8) 滚子模型。打开显示族选择滚子族查看上排滚子模型的有限元分析结果。查看模型在受载之后产生的应变，上排滚子的最大应变为+0.001 167、-0.001 712。查看模型在受载之后产生的应力，上排滚子的最大应力为1 823 MPa，如图3所示；下排滚子的最大应力为1 245 MPa，如图4所示。图中符号“△”处为应力最大值位置。

图3 上排滚子模型应力云图

图4 下排滚子模型应力云图

4 结论

(1) 所研究轴承套圈的材料为42CrMo，屈服极限应力为2 700 MPa，本文计算结果显示轴承受载后套圈的最大应力值为1 239 MPa，小于材料的许用应力值，因此，本文所研究的履带吊转盘轴承的悬臂环梁设计满足强度要求。

(2) 外圈滚道的最大应力发生在外圈上滚道上，为954.9 MPa；内圈滚道的最大应力发生在内圈上滚道上，为1 239 MPa。根据分析结果比较，内圈滚道所受最大应力值比外圈滚道所受最大应力值大29.75%。

(3) 外圈油沟位置所受的最大应力为765.8 MPa，发生在油沟2位置；内圈油沟位置所受的最大应力为1 008 MPa，发生在油沟1位置。纵看轴承整体模型，油沟位置所受的最大应力发生在内圈—油沟1位置。

(4) 分析两排滚子计算结果，上排滚子所受最大应力值为1 823 MPa，下排滚子所受最大应力值为1 245 MPa，因此轴承模型中滚子所受的最大应力发生在上排滚子上。根据计算结果，上排滚子模型受力产生的最大应变值为+0.001 167、-0.001 712，与轴承整体模型的最大应变值大小一样，因此，整体模型中上排滚子处发生了最大应力。

[1]马野.ADINA有限元经典实例分析[M].北京：机械工业出版社，2012

[2]尚振国，董慧敏，毛范海，等.具有塑性变形的转盘轴承有限元分析方法[J].农业工程学报，2011(12)

[3]张雪，张钢，周凯峰，等.交叉滚子转盘轴承的有限元分析[J].轴承，2012(4)

2014-07-04

吕振伟(1985—)，男，河北邢台人，助理工程师，从事特大型轴承工艺设计及生产工作。