江南体育基于ANSYSWorkbench的椭圆轴承模态分析机电信息 2016 年第 18 期总第 480 期基于ANSYS Workbench的椭圆轴承模态分析魏 民 王 杰（四川大学制造科学与工程学院，四川 成都 610065）摘 要：椭圆轴承具有良好的性能特点，在高速、大功率机械中可以有效地代替圆柱轴承。与圆柱轴承相比，其优点如下：稳定性更好，温升更低，更具安全性，且不易发生油膜震荡和油膜失稳的情况。现通过SolidWorks进行椭圆轴承的三维建模和模型简化，再使用ANSYS Workbench对椭圆轴承进行模态分析，得到轴承前六阶的固有频率并进行分析，从而有效避免了设计中出现的问题，为轴承的优化设计提供了技术支持。关键词：椭圆轴承；有限元；ANSYS Workbench0...

　　机电信息 2016 年第 18 期总第 480 期基于ANSYS Workbench的椭圆轴承模态分析魏 民 王 杰（四川大学制造科学与工程学院，四川 成都 610065）摘 要：椭圆轴承具有良好的性能特点，在高速、大功率机械中可以有效地代替圆柱轴承。与圆柱轴承相比，其优点如下：稳定性更好，温升更低，更具安全性，且不易发生油膜震荡和油膜失稳的情况。现通过SolidWorks进行椭圆轴承的三维建模和模型简化，再使用ANSYS Workbench对椭圆轴承进行模态分析，得到轴承前六阶的固有频率并进行分析，从而有效避免了设计中出现的问题，为轴承的优化设计提供了技术支持。关键词：椭圆轴承；有限元；ANSYS Workbench0 引言现代工业中，机械的结构更加复杂，所需要的技术也更为先进。在高速、大功率的机械中，滑动轴承由于其简单的结构、较好的动力学性能而被广泛应用。在实际生产中，一般的滑动轴承虽然可以适应大多数要求，但也存在一定的问题。当轴的尺寸偏大，同时转速较高时，轴承会承受很大的载荷，这种工作状况极易造成轴承磨损江南·体育(JNSPORTS)官方APP下载，使轴承的使用寿命大大缩短。对于滑动轴承而言，实际生产中的安装不到位或是结构不合理，也很容易造成油膜的形成不均匀，从而使轴承的承载分布不均。这样带来的最直接的问题就是磨损加剧，使轴承的温升过高，油膜厚度降低，承载能力下降，导致轴承某些局部承载过高，压力过大，造成不可逆的损坏。为了解决这个问题，在面对高速、重载荷的工作状况时，径向滑动轴承常常会做成椭圆轴承。1 椭圆轴承简介椭圆轴承实际上就是一种多油楔滑动轴承，在轴承工作时，当径向轴承中的轴颈处受到一个来自外部的微小干扰时，就会导致径向轴承偏离平衡位置，这种状况在工作中不断加剧，最后轴颈将不能自动回来到原来的位置上，其将在轴承上进行有规则或无规则的运动，这种状态在轴承系统中称为轴承失稳 [1] 。载荷越轻，转速越高，轴承越容易失稳。为了提高轴承的工作效率以及轴承的稳定性和精确度，会把轴承做成多油楔的形状。这种多油楔的轴承将轴承所受到的压力分布到各个油楔中，即轴承承载力等于各油楔承载力的矢量和 [2] 江南·体育(JNSPORTS)官方APP下载。椭圆轴承是在轴承对口方向有一个向外的微椭圆量，使得轴承具有膨胀的余地，这样就保证了轴承在工作中的配合间隙。同时椭圆轴承与圆柱轴承相比，一方面由于侧隙的加大，更加有利于润滑油的循环江南·体育(JNSPORTS)官方APP下载，摩擦生成的热量被带走得更多，轴承的温升降低 [3-4] ；另一方面，椭圆轴承的最小油膜形成相比圆瓦轴承具有更大的承载能力，可使受力集中在径向，也减少了摩擦阻力。图1为椭圆轴承的基本模型，其直径为160 mm，顶隙为1.2 mm，间隙为2.4 mm，椭圆度为2。由于椭圆轴承长时间处于变交载荷和冲击载荷的作用下，因而对其动态性能和震动问题的分析也显得十分重要。椭圆轴承由于其本身固有频率的存在，在一定频率下会产生共振，从而严重影响机器的正常运转。本文就运用ANSYS Workbench的有限元分析，对椭圆轴承的模态进行分析，以尽量降低椭圆轴承在工作中产生共振的可能性。2 模态分析基本理论模态分析理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展而来的。经过长时间的研究和完善，模态分析理论与振动理论、信号分析理论、数据处理理论及自动控制理论相结合，形成了自己所特有的理论。其是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变化为模态坐标，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便解出系统的模态参数。模态分析的主要目的在于确定机构或零件的基本振动特性，实质就是对其振动的分析。对于一个有多个自由度的振动系统，需要多个独立的物理坐标描述其物理参数模型。其运动微分方程如下：[M] u 咬 咬咬 + [C] u 觶 咬咬 +[K] 咬咬 u =[F] （1）式中，[M]为阻尼矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵；u为位移向量；u觶 为速度向量；u 咬 为加速度向量；[F]为外部激励载荷向量。根据模态分析基本理论，在分析一个零件的固有频率时，结构为自由振动，因此与外部激励载荷无关，同时可以忽略阻尼，所以可变方程如下：[M] u 咬 咬咬 + [K] 咬咬 u =0 （2）简谐运动方程如下：咬咬u = sin（t+） （3）将式（2）代入式（3）中可得方程如下：（[K]- 2 [M]） 咬咬 =0 （4）因为 咬咬 为各个节点的振幅，不全为零，所以可得方程如下：[K]- 2 [M]=0 （5）对于式（5），[K]和[M]都为n阶方阵，为振动频率，方程图1 椭圆轴承模型ZhuangbeiYingyongyuYanjiu◆装备应用与研究 装备应用与研究◆ZhuangbeiYingyongyuYanjiu35