軸承座的結(jié)構分析及優(yōu)化

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任務書題 目 軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化題目來源 教 師 自 擬學生姓名 學號專業(yè)班級指導教師 職稱教 研 室畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 任 務 與 要 求軸 承座 是重 要的 軸承 連接元 件， 利用 ABAQUS 仿 真平臺 ， 在 設計 基礎 上對 方 形軸承 座 UCF205 的 結(jié) 構 進 行 有 限 元 分 析 ， 并 進 行 結(jié) 構 優(yōu) 化 ， 驗 證 模 型 結(jié) 構 設 計 的 合 理 性 及 安 全 性 。 具 體任 務 如 下 :1. 根 據(jù) 原 有 設 計 對 方 形 軸 承 座 進 行 有 限 元 分 析 ， 得 出 分 析 結(jié) 構 。2. 對 結(jié) 構 進 行 優(yōu) 化 ， 得 出 有 限 元 分 析 結(jié) 果 ， 比 較 優(yōu) 化 后 的 效 果 。3. 根 據(jù) 分 析 結(jié) 果 ， 得 出 較 佳 的 結(jié) 構 。4. 撰 寫 畢 業(yè) 論 文 一 份 。畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 工 作 進 程起止時間 工作內(nèi)容2017.12.27-2018.2.102018.2.10-2018.3.152018.3.16-2018.3.222018.3.23-2018.3.282018.3.29-2018.4.62018.4.7-2018.4.132018.4.14-2018.5.242018.5.25確 定 畢 業(yè) 設 計 選 題 ， 完 成 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 。收 集 方 形 軸 承 座 UCF205 有 關 資 料 ， 初 步 學 習 ABAQUS 仿 真 平 臺。 中 期 檢 查 ， 針 對 軸 承 座 的 結(jié) 構 進 行 分 析 并 初 步 實 現(xiàn) 優(yōu) 化 。 正式 開 始 各 種 優(yōu) 化 工 作 ， 構 造 好 優(yōu) 化 總 體 思 路 。利用 ABAQUS 仿 真 平 臺 進 行 仿 真。 撰 寫 設 計 說 明 書 。指 導 教 師 審 閱 ， 評 閱 教 師 評 閱 ， 論 文 查 看 。 同 時 為 畢 業(yè) 論 文 答 辯 做準 備 工 作 。答辯。指 導 教 師 （ 簽 字 ） 畢 業(yè) 論 文 工 作 組 組 長 （ 簽 字 ） 學 生 （ 簽 字 ） 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 起 止 時 間 ： 2017 年 12 月 27 日至 2018 年 5 月 25 日注 ： 本 表 由 指 導 教 師 填 寫 ， 于 每 學 年 第 1 學期 18 周 ， 經(jīng) 畢 業(yè) 論 文 工 作 組 審 批 ， 隨 畢 業(yè) 論 文 裝訂 由 學 院 存 檔 。開題報告論文（設計）題目 軸承座的結(jié)構分析及優(yōu)化學生姓名 學號 指導教師一、研究本課題的目地和意義工具是 人類 文明 進步 的標 志。 自 20 世紀 末期 以來, 現(xiàn)代制 造技 術與 機械 制造 工藝自 動化都有 了 長 足 的 發(fā) 展 。 但 工 具 (含 夾 具 、 刀 具 、 量 具 與 輔 具 等 )在 不 斷 的 革 新 中 , 其 功 能 仍 然 十 分 顯著。 機 床 夾 具 對 零 件 加 工 的 質(zhì) 量 、 生 產(chǎn) 率 和 產(chǎn) 品 成 本 都 有 著 直 接 的 影 響 。 因 此 ， 無 論 在傳統(tǒng) 制 造 還 是 現(xiàn) 代 制 造 系 統(tǒng) 中 , 夾 具 都 是 重 要 的 工 藝 裝 備 。軸 承 座 是 各 種 機 械 設 備 中 常 見 的 部 件 ， 它 的 主 要 作 用 是 支 撐 軸 承 ,目 前 常 用 軸 承 座 已 經(jīng)標準 化 , 通 常 在 機 械 產(chǎn) 品 設 計 時 只 要 選 取 即 可 , 但 在 許 多 場 合 , 因 為 結(jié) 構 和 條 件 的 需 要 , 需要非標軸承 座 , 對于軸 承座 生 產(chǎn)廠家, 則是 要盡 力降 低 生產(chǎn)成 本, 提 高產(chǎn) 品質(zhì) 量。 因此要 學習 和掌握計算機 技術 等多 方面 的新 知識 、 新 技術 、 而且 要對 機 械制造 和機 床夾 具等 必備 的基礎 理論 知識、運 用 全 新 的 觀 點 重 新 優(yōu) 化 組 合 。本設計 中主 要針 對軸 承座 的結(jié)構 進行 分析 ， 使用 ANSYA 軟 件進 行仿 真。 在設 計基礎 上對方 形 軸 承 座 的 結(jié) 構 進 行 有 限 元 分 析 ， 并 進 行 結(jié) 構 優(yōu) 化 ， 驗 證 模 型 結(jié) 構 設 計 的 合 理 性 及 安 全 性。二、國內(nèi)外的軸承座發(fā)展現(xiàn)狀軸承是 標準 件， 是全 球互 換產(chǎn)品 ， 作 為軸 承的 親密 伙伴， 軸承 座在 整個 軸系 中扮 演 著重 要 的 角 色 。 它 一 般 位 于 軸 的 兩 端 ， 主 要 作 用 是 支 撐 、 固 定 軸 承 ， 使 軸 及 其 連 接 部 件 具 有一定位 置關 系 。 另 外， 軸承 座一般 帶有 密封 裝置 ， 從 而減少 軸承 的污 染 。 經(jīng) 過 多年的 發(fā)展 ，我國軸 承產(chǎn) 業(yè)已 經(jīng)形 成了 相當規(guī) 模 ， 全 國軸 承行 業(yè) 2010 年 產(chǎn)值 約為 1300 億 元 人民幣 ， 位居全球 第三 位 。 盡 管我 國軸 承行業(yè) 的發(fā) 展規(guī) 模已 經(jīng)非 常龐大 ， 但絕 大部 分都 是集 中在低 端 ，而在高 端軸 承制 造領 域 ， 我 國與發(fā) 達國 家相 比仍 存在 相當大 的差 距 。 中 國是 全球 軸承大 國 ，但 還 不 是 軸 承 強 國 。 人 們 對 中 國 軸 承 企 業(yè) 的 印 象 是 ： 總 規(guī) 模 大 、 企 業(yè) 大 大 小 小 多 、 價 格 低廉 、 質(zhì) 量 一 般 、 行 業(yè) 的 生 產(chǎn) 集 中 度 低 、 高 端 產(chǎn) 品 相 配 套 的 軸 承 研 發(fā) 能 力 低 、 軸 承 行 業(yè) 制 造技 術 水 平 低 等 現(xiàn) 象 仍 然 存 在 。 全 世 界 已 生 產(chǎn) ansys 軸 承 品 種 5 萬 種 以 上 ，規(guī) 格 多 達 15 萬 種 以 上 。 1997 年 世 界 軸 承 總 產(chǎn) 量 超 過 100 億 套 ， 總 銷 售 額 約 300 億 美 元 ，其 中 北 美 、 日 本 、 西 歐 占 世 界 軸 承 產(chǎn) 量 的 78%， 美 國 、 日 本 、 德 國 已 形 成 世 界 三 大 軸 承 市場 。 一 些 世 界 著 名 的 軸 承 公 司 ， 如 瑞 典 的 SKF 公 司 、 德 國 的 FAG 公 司 、 日 本 的 NSK 公 司 、美 國 的 TORRINGTON 公 司 等 ， 在 世 界 500 家 大 公 司 中 均 榜 上 有 名 。 （ 據(jù) 美 國 《 幸 福 》 雜 志1994 年 報 道 ， 在 世 界 500 家 大 企 業(yè) 中 ， SKF 排 387 位 、 NSK 排 404 位 、 TORRINGTON 公 司 的母 公 司 英 格 索 爾 ·蘭 德 公 司 排 在 369 位 ） 。 高 精 度 、 高 轉(zhuǎn) 速 、 高 可 靠 性 、 長 壽 命 、 免 維 護保養(yǎng)以 及標 準化 、 單元 化、 通用化 已成 為軸 承的 基本 技術標 志。 特別 在軸承 基 礎技術 進步 、通用產(chǎn) 品的 結(jié)構 改進 、 專 用軸承 單元 化和 陶瓷 軸承 的開發(fā) 等方 面成 效最 為顯 著。 而軸 承 座與 軸 承 息 息 相 關 ， 它 的 主 要 作 用 是 支 撐 軸 承 ,目 前 常 用 軸 承 座 已 經(jīng) 標 準 化 ， 隨 著 軸 承 的 發(fā)展 也 不 斷 的 在 進 步 。三、研究內(nèi)容本 課 題 研 究 的 主 要 內(nèi) 容 有 ：1. 確 定 軸 承 座 的 型 號 ， 研 究 軸 承 座 的 結(jié) 構 以 及 在 機 械 設 備 中 的 作 用 。2. 在 creo2.0 中 對 軸 承 座 UCF205 進 行 建 模 。3. 在 ANSYS 仿 真 軟 件 中 對 軸 承 座 的 結(jié) 構 進 行 有 限 元 分 析 。4. 在 軸 承 座 在 原 有 結(jié) 構 上 進 行 優(yōu) 化 ， 再 次 利 用 ANSYS 仿 真 軟 件 軸 承 座 新 的 結(jié) 構 進 行 有 限 元 分 析。5. 比 較 倆 次 分 析 的 結(jié) 果 ， 得 出 較 佳 的 結(jié) 構 。6. 撰 寫 畢 業(yè) 論 文 一 份 。四、研究方案及步驟經(jīng) 分 析 ， 本 課 題 的 設 計 可 分 為 以 下 階 段 ： 第 一 階 段 ： 1)查 閱 相 關 資 料 ， 記 錄 所 需 的 信 息 ，確 定 可 行 性 方 案 。2)理 清 研 究 思 路 ， 確 定 軸 承 座 型 號 以 及 其 在 機 械 設 備 中 的 作 用 。 第 二 階 段 ： 1)在 creo2.0 中 對 軸 承 座 UCF205 進 行 建 模2)根 據(jù) 原 有 設 計 對 方 形 軸 承 座 進 行 有 限 元 分 析 ， 得 出 分 析 結(jié) 構 。3)確 定 對 軸 承 座 的 優(yōu) 化 方 案 。第 三 階 段 ： 1)使 用 ANSYS 軟 件 對 優(yōu) 化 后 的 結(jié) 構 進 行 有 限 元 分 析 。 2)最 后 根 據(jù) 分 析 結(jié) 果 ， 得 出 較 佳 的 結(jié) 構 。五、論文提綱 第 1 章 緒論1.1 研 究 的 目 的 及 意 義1.2 國 內(nèi) 外 軸 承 行 業(yè) 發(fā) 展 現(xiàn) 狀1.3 軸 承 座 的 功 能 和 結(jié) 構 、 以 及 在 機 械 設 備 中 的 作 用第 2 章 有限元單元法與 ANSYS 簡介2.1 有 限 單 元 法2.2 國 內(nèi) 外 ANSYS 軟 件 的 發(fā) 展 現(xiàn) 狀2.3 ANSYS 仿 真 軟 件 的 使 用第3章 建立實體模型3.1 creo2.0 簡 介 3.2 實 體 模 型 的 建 立 3.3 網(wǎng) 格 劃 分3.3.1 制 定 工 作 文 件 名 和 標 題 名3.3.2 單 元 類 型 選 擇3.3.3 制 定 材 料 屬 性3.3.4 進 行 掃 掠 網(wǎng) 格 劃 分第 4 章 ANSYS 有限元分析4.1 ANSYS 有 限 元 分 析 典 型 步 驟4.2 有 限 元 模 型 的 建 立4.3 加 載 和 求 解4.3.1 定 義 分 析 類 型 和 設 置 分 析 選 項4.3.2 施 加 載 荷4.3.3 設 置 載 荷 步 選 項4.3.4 求解4.4 軸 承 座 結(jié) 構 優(yōu) 化4.5 對 優(yōu) 化 后 的 結(jié) 構 進 行 有 限 元 分 析第 5 章 結(jié)果分析與比較 第 6 章 結(jié)論與展望第 7 章 總結(jié)參 考 文 獻 致謝附件六、論文（設計）工作量的估計、工作條件 1、工作量估計1)查 閱 并 記 錄 所 需 資 料 。2)軸 承 座 的 型 號 及 基 本 參 數(shù) 的 確 定 ；3)學 習 使 用 ANSYS 軟 件 的 使 用 方 法 ；4)使 用 ANSYS 軟 件 對 軸 承 座 結(jié) 構 進 行 有 限 元 分 析 ；5)制 作 畢 業(yè) 答 辯 的 PPT。2、工作條件1)ANSYS 軟 件 。2)在 圖 書 館 查 閱 相 關 資 料 以 及 在 國 內(nèi) 外 知 名 網(wǎng) 站 上 查 閱 所 需 的 資 料 。參 考文 獻[1]李 澤 天 ,王 興 偉 ,李 小 飛 . 基于 ANSYS 的 軸 承 座 有 限 元 分 析 [J]. 兵 工 自 動 化 . 2008(12) [2]楊康，韓濤 ．Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ在模 態(tài)分 析中 的應 用［ Ｊ］ ． 佳木 斯大 學學 報（ 自 然科學 版） [ 3]王 富 恥 , 張 朝輝 . ANSYS10.0 有 限 元 分 析 理 論 與 工 程 應 用 [M]. 北 京 : 電 子 工 業(yè) 出 版 社 , 2006（ 9）[4]譚 長 建 , 張 娟 . ANSYS 高 級 工 程 應 用 實 例 分 析 與 二 次 開 發(fā) [M]. 北京: 電 子 工 業(yè) 出 版 社 , 2006 [5]尚 曉 江 , 邱峰. ANSYS 結(jié) 構 有 限 元 高 級 分 析 方 法 與 范 例 應 用 [M]. 北京: 中 國 水 利 水 電 出 版 社, 2 005[6]王 勖 成 , 邵 敏 . 有 限 單 元 法 基 本 原 理 和 數(shù) 值 方 法 [M]. 北京: 清 華 大 學 出 版 社 , 1997 [7]武 傳江 . ANSYS 在 結(jié) 構 分 析 中 的 應 用 [J]淮 海 工 學 院 學 報 (人 文 社 會 科 學 版 )， 2002（ 3） [8]高 耀 東， 郭 喜 平 ， 郭 志 強 .ANSYS 機 械 工 程 應 用 25 例 [M].北 京 ： 電 子 工 業(yè) 出 版 社 ,2007.135 [9]程 社 聯(lián)， 楊 中 平 ， 馮 戰(zhàn) 勤 . 有 限 元 法 在 機 械 設 計 中 的 應 用 [A]. 楊 凌 職 業(yè) 技 術 學 院 報 ， 2009.8（3 ） ： 2[10]邢 靜 忠 . ANSYS 應 用 實 例 與 分 析 [M]. 北京: 科 技 出 版 社 , 2006. 5-8 [11]杜 平安 . 結(jié) 構 有 限 元 分 析 建 模 方 法 [M]. 北 京 ： 機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 1998 [12]劉 玉 蘭 ,孫瀾 濤 .滾 動 軸 承 載 荷 分 析 [J].山 東 建 材 學 院 學 報 .1999(02)[13]肖 健 利 .工 作 軋 輥 軸 承 座 和 滾 柱 軸 承 裝 置 的 有 限 元 分 析 [J].山 西 冶 金 .1994(01) [14]孫雪 顏 .基 于 ANSYS 二 次 開 發(fā) 技 術 的 液 壓 支 架 立 柱 設 計 與 優(yōu) 化 [D].山 東 科 技 大 學 .2008 [15]有限 元 及 其 在 現(xiàn) 代 機 械 工 程 中 的 運 用 [J]. 孫 建 民 ,徐 冰 晶 . 科 技 與 企 業(yè) . 2015(12) [16]張 云 .深 基 坑 工 程 開 挖 與 支 護 的 ANSYS 有 限 元 模 擬 [D].中 國 海 洋 大 學 .2008[17]基 于 ANSYS 的 發(fā) 動 機 曲 軸 有 限 元 分 析 [J]. 張 健 ,許 福 忠 ,郭 小 蘭 ,付 洵 . 機 電 技 術 . 2013(03) [18]ANSYS 工 程 計 算 應 用 教 程 [M]. 中 國 鐵 道 出 版 社 , 李 皓 月 等 編 著 , 2003[19]有 限 元 法 [M]. 機 械 工 業(yè) 出 版 社 , 張 國 瑞 主 編 , 1991[20]基于 ANSYS 的 軸 承 座 的 模 態(tài) 分 析 [J]. 楊 軍 ,楊 世 文 ,王 京 濤 ,羅 鑫 源 . 機 械 工 程 與 自 動 化 . 2011(04)[21] 發(fā) 動 機 主 軸 承 座 結(jié) 構 強 度 分 析 研 究 [J]. 楊 萬 里 , 許 敏 , 鄧 曉 龍 , 劉 國 慶 . 內(nèi) 燃 機 工 程 .2007(01)[22]用 ANSYS 求 解 軸 承 座 支 承 剛 度 [J]. 顧越. 上 海 電 機 廠 科 技 情 報 . 2000(04)注 ： 1.此 表 由 學 生 填 寫 后 ， 交 指 導 教 師 簽 署 意 見 ， 經(jīng) 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 工 作 組 審 批 后 ， 才 能 開題。2.此 表 隨 畢 業(yè) 論 文 裝 訂 并 由 學 院 存 檔 。指 導 教 師 意 見 及 建 議 （ 從 選 題 、 理 論 與 實 證 準 備 、 研 究 （ 設 計 ） 方 法 、 工 作 安 排 等 方 面 給 出 評 價，并 提 出 指導 意見 ） ：選題符合專業(yè)要求,學生通過此論文能將理論和實際相結(jié)合,鍛煉實際動手能 力 ,工 作 量 飽 滿 ,現(xiàn) 同 意 開 題 ,繼 續(xù) 進 行 后 期 工 作 !指 導 教 師 簽 名 ：年 月 日畢 業(yè) 論 文 工 作 組 意 見 及 建 議準予開題畢 業(yè) 論 文 工 作 組 組 長 簽 字 ：年 月 日中期檢查表論文（設計）題目 軸承座的結(jié)構分析及優(yōu)化學 生姓名學 號 指 導教 師計劃完成時間 20XX 年 3 月 22 日按 照 進 度 安 排 應 完 成 的 任 務明確設計內(nèi)容，確定軸承座的型號及參數(shù)，分析軸承座的受力情況，并對軸承座進行三 維 建 模 ， 學 習 仿 真 軟 件 ANSYS。實 際 完 成 情 況確 定 軸 承 座 型 號 為 UCF205， 查 找 參 數(shù) ， 了 解 軸 承 座 在 臥 式 機 床 絲 杠 兩 端 具 體 受 力 情 況 。完 成 軸 承 座 的 三 維 建 模 。目 前 有 哪 些 問 題 和 困 難 ， 擬 采 取 的 解 決 方 法ANSYS 仿 真 軟 件 在 電 腦 中 運 行 不 流 暢 ， 無 法 實 現(xiàn) 分 析。 解 決 方 式 ： 重 新 學 習 新 的 仿 真 軟 件 ABAQUS。檢 查 中 發(fā) 現(xiàn) 的 問 題 與 建 議截 至 目 前 該 生 實 體 建 模 已 經(jīng) 完 成 一 半 ， 基 本 能 按 進 度 完 成 預 期 的 我 任 務 ， 平 時 能 積 極 參加 論 文 指 導 工 作 ， 希 望 后 期 加 快 進 度 ， 完 成 優(yōu) 化 分 析 過 程 。畢 業(yè) 論 文 工 作 組 組 長 簽 名 ：年 月 日注 ： 1.最 后 一 欄 由 指 導 教 師 填 寫 。 2.此 表隨 畢 業(yè) 論 文 裝 訂 并 由 學 院 存 檔 。指導教師（簽名） ： 年 月 日注 ： 此 表 隨 畢 業(yè) 論 文 裝 訂 并 由 學 院 存 檔 。指導教師評分表學院： XXXXX專業(yè)班級： XXXX 學生姓名： XXXXX學號： XXXXX畢業(yè)論文題目 軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化評 價 項 目 （ 參 考 ） 分值 打分01 工 作 態(tài) 度 ， 工 作 作 風工作 態(tài)度02 畢 業(yè) 論 文 完 成 情 況20 20.003 查 閱 文 獻 資 料 能 力04 綜 合 運 用 知 識 能 力05 研 究 方 案 的 設 計 能 力06 研 究 方 法 和 手 段 的 運 用 能 力能力 水平 07 外 文 應 用 能 力40 28.008 文 題 相 符 程 度09 寫 作 水 平10 寫 作 規(guī) 范 程 度11 篇 幅 ， 論 文 工 作 量論文 質(zhì)量 12 論 文 的 理 論 或 實 際 價 值40 30.0綜 合 評 定 成 績 78.0評價意見1. 學習態(tài)度較認真， 能按時參加定期輔導， 并按要求完成規(guī)定的任務工作量。2. 論 文 內(nèi) 容 設 計 較 合 理 ， 工 作 量 基 本 符 合 要 求 ； 通 過 設 計 過 程 很 好 了 得 鍛煉 了學生的設計分析能力，分析結(jié)果具有一定的實用性。3. 論文寫作較規(guī)范，格式符合要求。 達到了本科生的畢業(yè)設計要求同意答辯。是否同意答辯 同意評閱教師（簽名） ： 年 月 日注 ： 此 表 隨 畢 業(yè) 論 文 裝 訂 并 由 學 院 存 檔 。評閱教師評分表學院： XXXXXX專業(yè)班級： XXXXX 學生姓名： XXXXX學號： XXXXXX畢業(yè)論文題目 軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化評 價 項 目 （ 參 考 ） 分值 打分01 查 閱 文 獻 資 料 能 力02 綜 合 運 用 知 識 能 力03 研 究 方 案 的 設 計 能 力04 研 究 方 法 和 手 段 的 運 用 能 力能力 水平 05 外 文 應 用 能 力50 42.006 文 題 相 符 程 度07 寫 作 水 平08 寫 作 規(guī) 范 程 度09 篇 幅 ， 論 文 工 作 量論文 質(zhì)量 10 論 文 的 理 論 或 實 際 價 值50 43.0綜 合 評 定 成 績 85.0評價意見論 文 利 用 有 限 元 軟 件 對 軸 承 座 結(jié) 構 進 行 分 析 和 優(yōu) 化 設 計 ， 選 題 具 有 一 定 的 應 用 價 值。 論 文 撰 寫 認 真 ， 格 式 基 本 規(guī) 范 ， 設 計 工 作 量 適 中 。 參 考 文 獻 引 用 不 合 理 ， 問 現(xiàn) 在查 重 中 基 本 沒 有 ， 建 議 修 改 。 論 文 達 到 本 科 畢 業(yè) 設 計 要 求 。是否同意答辯 同意答辯及成績評定表學生姓名學號 專業(yè)名稱答辯時間答辯地點 指導教師題 目 軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化 記錄人姓 名 職 稱 姓 名 職 稱答辯小組成員提問及 回答 情況 記錄 （3~ 4 個主 要問 題）： 1 .另 一 種 優(yōu) 化 方 案 ? 答 ： 在 下 凸 臺之 間 加 支 撐 條 。2.設 計 軸 承 座 機 床 中 本 來 就 有 加 強 筋 ， 實 際 中 有 加 強 筋 嗎 ？ 答 ： 軸 承 座 是 標 準 件 ，和 軸 承 配 套 使 用 ， 有 固 定 的 結(jié) 構 ， 因 此 原 軸 承 座 中 沒 有 加 強 筋 。 3.優(yōu) 化 前 應 力 云 圖， 最 大 應 力 是 多 少 ？ 答 ： 從 云 圖 的 極 值 可 以 看 出 應 力 值 為 +2.03MPa。記 錄 人 簽 字 ：年 月 日答 辯 小 組 評 語 及 成 績 ：答 辯 小 組 組 長 簽 字 ：年 月 日指 導 教 師 成 績 ×40% =評 閱 教 師 成 績 ×20% =答 辯 成 績 ×40% =畢 業(yè) 論文 總評 成 績論文 等級畢 業(yè) 論 文 工 作 組 意 見 ：畢 業(yè) 論 文 工 作 組 組 長 簽 名 ： 年 月 日注 ： 1、 總 評 成 績 =指 導 教 師 成 績 ×40%＋ 評 閱 教 師 成 績 ×20%＋ 答 辯 成 績 ×40%。 2、論 文等 級分 優(yōu)秀 （≥9 0 分） 、良 好（8 0-89 分） 、 中等（ 70-79 分 ） 、 及格 （ 60-69 分） 、 不及格 （＜60 分） 。3、 此 表 隨 畢 業(yè) 論 文 裝 訂 并 由 學 院 存 檔 。Ⅰ軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化摘 要 ： 軸 承 座 在 機 械 生 產(chǎn) 中 是 很 常 見 的 ， 在 各 類 機 器 、 機 構 中 都 不 會 缺少它的身影。在本次設計中，選擇安裝在滾珠絲杠兩端安裝的軸承座為研究對 象，軸承座的所受到的力主要分布在軸承孔上，除此之外在軸承孔的下半部分 有徑向壓力載荷力。長時間的負荷會使軸承座發(fā)生形變，甚至損壞為了提高結(jié) 構的整體性能，需要研究軸承座的結(jié)構。本次設計通過使用 ABAQUS 軟件的有限元分析功能， 運用 ABAQUS 軟件對軸承 座進行線性靜態(tài)分析的方法， 通過軟件有限元分析輸出的結(jié)果， 觀察應力云圖。 在對軸承座的受力分析和對有限元分析出的結(jié)果的基礎上，找出軸承座的薄弱 地方，適當改變軸承座的結(jié)構，找出至少兩種不同的優(yōu)化方法，并對優(yōu)化后結(jié) 構得出的數(shù)據(jù)進行對比和分析，選出較好的軸承座的優(yōu)化方式。關鍵字：軸承座；靜態(tài)分析；有限元；ABAQUS軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化IIStructural Analysis and Optimization of Bearing SeatsAbstract：Bearing housing is very common in mechanical production, in allkinds of machines, institutions will not lack of it. In this design, the bearing seatsinstalled at both ends of the ball screw are selected as the research object, and the forcesexerted on the bearing seats are mainly distributed on the bearing holes, besides, thereare radial pressure loads borne by the lower half of the bearing holes. Long time loadwill deform the bearing block, even damage it. in order to improve the overallperformance of the structure, it is necessary to study the structure of the bearing block.This design uses the finite element analysis function of ABAQUS software, and usesABAQUS software to carry out linear static analysis on the bearing seat, and observesthe stress nephogram through the output results of finite element analysis of software.On the basis of the stress analysis of the bearing seat and the results of finite elementanalysis, find out the weak points of the bearing seat, change the structure of the bearingseat appropriately, find out at least two different optimization methods, and compareand analyze the data obtained from the optimized structure, and choose a betteroptimization way of the bearing seat.Keywords: bearing；static analysis；finite element；ABAQUSIII目 錄摘 要 ................................................................IABSTRACT ............................................................II第 1 章 緒論 ..........................................................11.1 研究本課題的目地和意義 ..........................................11.2 國內(nèi)外的軸承座發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................1第 2 章 軸承座的選擇及結(jié)構分析 ........................................32.1 軸承座的選擇 ....................................................32.2 軸承座的型號及參數(shù) ..............................................32.3 軸承座的受力分析 ................................................32.4 有限元單元法與 ABAQUS 簡介 .......................................52.4.1 有限單元法 ..................................................52.4.2 ABAQUS 簡介 .................................................6? SOLIDWORKS 建模 .................................................6? ABAQUS 的使用 ..................................................122.6.1 ABAQUS 使用環(huán)境 ............................................122.6.2 ABAQUS/CAE 功能模塊 ........................................132.7 ABAQUS 靜態(tài)分析 ................................................132.7.1 問題描述 ...................................................142.7.2 創(chuàng)建模型 ...................................................142.7.3 屬性設置 ...................................................152.7.4 裝配 .......................................................152.7.5 設置分析步與輸出請求 .......................................162.7.6 定義載荷與邊界條件 .........................................162.7.7 劃分網(wǎng)格 ...................................................192.7.8 運行分析 ...................................................212.7.9 后處理 .....................................................22第 3 章 軸承座的優(yōu)化及結(jié)構分析 .......................................253.1 加“加強筋” ...................................................253.1.1 填加“加強筋” .............................................253.1.2 優(yōu)化后的軸承座分析 .........................................263.2 凸臺之間的“支撐條” ...........................................273.2.1 軸承座底座上面加“支撐條” .................................273.2.2 優(yōu)化后的軸承座分析 .........................................283.3 結(jié)果分析與比較 .................................................293.3.1 與原軸承座的對比 ...........................................293.3.2 兩種優(yōu)化方式結(jié)果的比較 .....................................31第 4 章 總結(jié) .........................................................33IV軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化參 考文 獻 ............................................................35致 謝 ...............................................................37附 錄 A 英文文獻翻譯 ..................................................391第 1 章 緒 論1.1 研究本課題的目地和意義一 直 以 來 ， 人 類 文 明 不 斷 進 步 ， 工 具 的 發(fā) 展 也 從 沒 有 停 下 過 前 進 的 腳 步 。 尤 其 是 進 入 20 世 紀 以 后 ,現(xiàn) 代 制 造 技 術 有 了 翻 天 覆 地 的 變 化 ， 工 藝 自 動 化 的 發(fā) 展 也 是 一 日 千 里 。 軸 承 座 的 應 用 廣 泛 ， 在 各 種 加 工 設 備 里 來 說 是 極 其 普 遍 的 存 在 。 從 軸 承 座 的 作 用 來 看 ， 其 主 要 是 為 軸 承 服 務 的 ， 以 固 定 自 身 方 式 來 支 撐 軸 承 ， 以 維 持 軸 承 運 動 。 目 前 常 見 的 設 備 里 用 的 軸 承 座 已 經(jīng) 基 本 實 現(xiàn) 了 標 準 化 , 一 般 在 需 要 使 用 軸 承 及 軸 承 座 時 只 要 直 接 取 用 就 可 以 , 但 在 很 多 場 合 , 因 為 對 軸 承 座 有 著 不 同 的 作 用 , 會 需 要 非 標 軸 承 座 , 對 于 軸 承 座 生 產(chǎn) 廠 家 , 就 是 要 盡 力 降 低 生 產(chǎn) 成 本 , 提 高 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 。 因 此 要 對 機 械 制 造 和 工 藝 優(yōu) 化 等 有 必 學 的 基 礎 理 論 知 識 要 ， 而 且 學 習 和 掌 握 計 算 機 技 術 等 多 方 面 的 新 知 識 、 新 技 術 ， 運 用 全 新 的 觀 點 來 實 現(xiàn) 重 新優(yōu)化組合。在 本 次 軸 承 座 的 設 計 中 主 要 針 對 結(jié) 構 進 行 分 析 ， 使 用 ABAQUS 軟件進行仿真和 分 析 。 在 對 原 來 軸 承 座 受 力 分 析 的 基 礎 上 ， 提 出 優(yōu) 化 方 案 并 對 方 形 軸 承 座 的 結(jié) 構 進 行 有 限 元 分 析 ， 最 終 觀 察 應 力 云 圖 得 出 結(jié) 論 ， 驗 證 模 型 結(jié) 構 設 計 的 合 理 性 及 安 全性。1.2 國內(nèi)外的軸承座發(fā)展現(xiàn)狀軸承作為標準件，是全球互換產(chǎn)品，而軸承座作為軸承的親密伙伴，與其息 息 相 關 ， 在 整 個 軸 系 中 都 有 著 舉 足 輕 重 的 地 位 。 軸 承 座 一 般 位 于 軸 的 兩 端 ， 起 到 的主要作用是支撐和固定軸承，使軸承及其連接部件之間具有一定的位置關系。 另外，軸承座一般都帶有密封裝置，從而可以起到減少軸承的污染的作用。經(jīng)過 許多年的發(fā)展，軸承產(chǎn)業(yè)在我國規(guī)模也越來越大。盡管目前我國軸承行業(yè)的發(fā)展 規(guī)模已經(jīng)很龐大，但絕大部分都是體現(xiàn)在低端水平，尤其高端軸承的制造領域， 我國與發(fā)達國家相比仍存在巨大的鴻溝。就目前來看，我國雖然可以算得上是軸 承大國， 但距離軸承強國還是很遠。 人們對中國軸承企業(yè)的印象是 ： 總體規(guī)模大、 企業(yè)多、價格低、質(zhì)量一般、行業(yè)的生產(chǎn)主要集中低度、極其缺少高端產(chǎn)品軸承 的研發(fā)能力、軸承行業(yè)制造技術水平太低等。1997 年世界軸承總產(chǎn)量超過 100 億 套 ， 而 其 中 光 是 北 美 等 發(fā) 達 國 家 就 占 了 世 界 軸 承 產(chǎn) 量 的 78%， 美 國 、 日 本 、 德 國 這2軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化三個發(fā)達國家早已創(chuàng)建了世界三大軸承市場。軸承的基本技術標志也早就成為了 高轉(zhuǎn)速、長壽命、高可靠性、精度高、標準化、單元化。而且在軸承基礎技術進 步方面、通用產(chǎn)品的結(jié)構改進層次方面、以及專用軸承單元化等方面成效極為有 限 。 而 軸 承 座 與 軸 承 是 永 遠 沒 法 分 開 ， 一 直 都 是 息 息 相 關 ,現(xiàn) 如 今 常 用 軸 承 座 已 經(jīng) 標準化了，也在隨著軸承的發(fā)展在不斷的在進步。3第 2 章 軸 承 座 的 選 擇 及 結(jié) 構 分 析2.1 軸 承 座 的 選 擇UCF 軸承可以用于換熱器, 污水處理設備, 變頻泵, 電動焊機, 工作臺,電 鍍 設 備 ,上 光 機 ,橡 膠 成 型 機 , 制丸機, 塑料壓延機 , 農(nóng)機配件等機械設備中。 本次設計選用的軸承座是安裝在臥式車床絲杠倆端的軸承座，絲杠的作用 是帶動大拖板來做縱向移動，以此用來車削螺紋。常用的滾珠絲杠是精密機械 上的傳動元件，它最重要的功能就是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運動，也可以將扭 矩轉(zhuǎn)換成軸向作用力。絲杠具有很小的摩擦阻力，絲杠是車床中主要精密件之一，因此不會使用絲杠來實現(xiàn)自動進給，方便長期保持絲杠的精度。 方形軸承座一般安裝都是在車床絲杠兩端的側(cè)壁上的，其結(jié)構簡單、安裝方式也很方便。端蓋屬于應用很廣的機械零件，同時也是軸承座的主要零件之 一。 端蓋有著控制軸承外圈的軸向和軸承在工作過程中的防塵和密封的作用。2.2 軸承座的型號及參數(shù)型號 UCF205類型 方形軸承座 適用軸承 外球面球軸承 材質(zhì) 鋼軸承座總長 95mm 兩孔距 64mm固定孔 12mm軸徑 25mm2.3 軸 承 座 的 受 力 分 析軸承在當代所有的機械設備中可以算得上是最重要零部件之一，它的主要 的功能是就是支撐旋轉(zhuǎn)體，還可以保證回轉(zhuǎn)精度。因此軸承座對于軸承的支持 和保護作用就顯得尤其重要，而軸承座會因為軸承的轉(zhuǎn)動而受到一定的力，本 設計來分析軸承座的受力情況。軸承通過絲杠的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，而軸承與軸承座軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化共同作用在一點，又是過硬配合，所以以絲杠的受力情況為例，來分析運動時 的受力情況。滾珠絲杠轉(zhuǎn)動時， 利用伺服電機拖動來使絲杠旋轉(zhuǎn) ,軸承座及軸承安裝在絲 杠兩端， 用來固定絲杠 。 作旋轉(zhuǎn)運動時， 直線 運動會由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化而成,并且 通過運轉(zhuǎn)絲杠的螺母來給絲杠提供加載力。原理圖如下圖 2.1 所示。圖 2.1 外 力 加 載 原 理 圖1 伺服電機 2 頭架部件 3 加載絲杠 4 加載工作臺 5 被測工作臺 6 被測絲杠尾架支撐部件 7 加載絲杠尾架支撐部件 8 電渦流制動器阻尼組件 9 加 載絲杠 10 被測絲杠 11 床身通過絲杠將力施加在絲杠的螺母上的外力加載方式,在 F 推動下螺母向前 運 動 時 ,螺 母 會 受 到 關 注 載 荷 F，如下圖 2.2 所示。圖 2.2 工 作 載 荷 F 推 動 運 動 示 意 圖4F(1) 在沒有加載之前,兩個螺母都只受F ??的作用,產(chǎn)生軸向彈性變形量δ ;??(2) 當給螺母 2 施 加 軸 向 工 作 載 荷 F 后,螺母 1 在工作載荷 F 的 作 用 下 ,增 加 彈性 變 形 量 δ??,減少軸向變形量δ??,螺母 1 總變形量以及總軸向力分別為:δ = δ1 ??+ δF????1 = ?? + F?? ? ??′螺母 2 總變形量和總的軸向力分別為:δ = δ ? δ2 F?? ????′ —螺母 2 產(chǎn)生的彈性恢復力 F —軸 向 工 作 載 荷F??— 預緊力??2 = F?? ? ?? ? ??′(3) 彈性變形量會在工作載荷 F 增大后 ,當軸向力為 0 時消失,但是螺母與滾珠一 直 會 處 于 接 觸 的 狀 態(tài) 。 軸承座安裝在絲杠兩端，并有四個固定螺釘固定在車床側(cè)壁上，在絲杠不運動時， 軸承座受到絲 杠平臺通過軸承傳遞給軸承座的重力， 以及自 身的重力。 在絲杠運動時，絲杠上的刀架會工作消耗一部分的力，此時軸承座除了受到自 身的重力以外，還會受到由絲杠轉(zhuǎn)動帶來的不定向力。其中不定向力包括徑向 和軸向的力， 其中， 軸 向力中有著軸向推力和軸向拉力。 此外， 軸承 在轉(zhuǎn)動時， 會消耗一部分的力，同時還存在著扭矩，這些力最終會作用在軸承座上，通過 軸承座的承受，使得整體保持平衡。2.4 有限元單元法與 ABAQUS 簡 介2.4.1 有限單元法有限單元法，基礎是變分原理和加權余量法，使用有限單元法時，就是將計 算域分為有限 不重疊的單元來實現(xiàn)計算。 有限 元法的根本思想： 首 先， 將物體 分 散為有限不重疊但是可以通過節(jié)點相互連接的子域。最后，在原基礎等效上的條 件下，此過程稱為離散化。在劃分的單元中，選擇簡單的變微分原理，建立有限 元方程，將微分方程轉(zhuǎn)化為方程組，最后就可以借用計算機解答方程組，最終得5軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化到近似解。2.4.2 ABAQUS 簡 介(1)ABAQUSABAQUS 是一種大型的結(jié)構和分析的有限元素法軟件。 它專業(yè)性強， 說明書中 運用的案例都是一些最適合基礎學習的實例。用戶可以通過建立模型輕松的解決 一些很復雜的問題，基本的步驟就是可以先對部件先進行定義，再提供荷載和邊 界條件就可以對模型進行分析， ABAQUS 仿真軟件還可以通過調(diào)節(jié)荷載增量步來提 高分析結(jié)果的精度。(2) ABAQUS 提供的分析類型靜態(tài)應力/位移分析：包括線性，材料和幾何非線性，以及結(jié)構斷裂分析等。 動態(tài)分析粘彈性/粘塑性響應分析：粘塑性材料結(jié)構的響應分析。 熱 傳 導 分 析 ： 傳 導 ，輻 射 和 對 流 的 瞬 態(tài) 或 穩(wěn) 態(tài) 分 析 。 非線性動態(tài)應力/位移分析：可以模擬各種隨時間變化的大位移、接觸分析等。 疲 勞 分 析 ： 根 據(jù) 結(jié) 構 和 材 料 的 受 載 情 況 統(tǒng) 計 進 行 生 存力 分 析 和 疲 勞 壽 命 預 估 。 設計靈敏度分析：對結(jié)構參數(shù)進行靈敏度分析并據(jù)此進行結(jié)構的優(yōu)化設計。(3) ABAQUS 分析步驟ABAQUS 有限元分析過程的組成：前處理、分析計算、后處理。 1 )前 處 理 （ ABAQUS/CAE）ABAQUS 的前處理過程也叫建模階段， 建立與實際形狀一樣的模型來進行分析。 首 先 要 輸 入 模 型 的 尺 寸 ， 在 對 材 料 屬 性 進 行 定 義 ， 接 著 定 義 荷 載 與 邊 界 條 件 ， 最 后還要對模型進行網(wǎng)格劃分。模型建好后，CAE 能夠生成輸入文件，信息會通過 Job 模塊提交并進行分析。2)分 析 計 算 （ ABAQUS/Standard） 計算階段是完成有限元相關數(shù)值的計算， 一般會用顯式分析求解器來進行計算，計算結(jié)束后，會將結(jié)果通過文件方式進行保存，方便進行后處理。 3 )后 處理 （ ABAQUS/CAE）后處理階段的主要任務就是處理計算結(jié)果， 通過顯示的方式得到直觀的應 力云圖。? SOLIDWORKS 建 模打開 solidworks 后，新建完成后開始建模。 通過凸臺拉伸命令將草繪視圖拉伸出來，如下圖 2.3 軸承座底座拉伸圖所示。67圖 2.3 底 座 視 圖通過凸臺拉伸命令將草繪視圖拉伸出來， 拉伸出軸承座上凸臺， 如下圖 2.4 所示。圖 2.4 軸 承 座 上 凸 臺通過凸臺拉伸命令將草繪視圖拉伸出來， 拉伸出軸承座上凸臺， 如下圖 2.5 所示。軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化8圖 2.5 上 凸 臺 拉 伸通過拉伸切除命令將草繪視圖拉伸出來，將軸承座軸承孔切除出來，軸承座 底座加強筋草繪視圖，如下圖 2.6 所示。圖 2.6 軸 承 座 底 座 加 強 筋西 安 文 理 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ）9圖 2.7 拉 伸 切 除 中 間 固 定 孔通過陣列將軸承座底座加強筋與固定孔繪制出來。如下圖 2.8 所示。圖 2.8 四 個 安 裝 孔 的 繪 制軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化10通過倒圓角命令，將軸承座底座倒圓角，結(jié)果如下圖 2.9 所示。圖 2.9 倒 圓 角通過旋轉(zhuǎn)命令，將軸承座邊緣弧度旋轉(zhuǎn)出來，結(jié)果如下圖 2.10 所示。圖 2.10 軸 承 座 邊 緣 弧西 安 文 理 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ）11圖 2 .11 軸 承 座為了方便分析軸承座的情況，再建立一個軸承和軸，用來研究工作是軸承座 的情況。如下圖 2.12 所示。圖 2.12 備 用 的 軸 承 模 型軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化12圖 2.13 備 用 的 軸 模 型? ABAQUS 的使用? ABAQUS 使用環(huán)境ABAQUS 有完整的運行環(huán)境，其中 ABAQUS/CAE 就是最實用的，在生成 ABAQUS 模 型 、 提 交 作 業(yè) 以 及 評 估 ABAQUS 運行結(jié)果的時候，提供了一個簡單的界面。（1）啟動 ABAQUS/CAE啟動 ABAQUS/CAE 程序之后，出現(xiàn)登錄頁面。創(chuàng) 建 模 型 : 開 始 新 的 分 析 過 程 。 用 戶 可 根 據(jù) 自 己 的 問 題 建 立 Standard/Explicit 模型打開數(shù)據(jù)庫:打開之前存儲的模型。 運行腳本:運行文件。13(2) ABAQUS 的主窗口圖 2.14 展 現(xiàn) 了 主 窗 口 的 組 成 部 分 ,用 戶 可 以 經(jīng) 由 主 窗 口 與 ABAOUS/CAE 交互。圖 2.14 主 窗 口 的 各 個 組 成 部 分? ABAQUS/CAE 功 能 模 塊ABAQUS/CAE 由部件模塊、特性模塊、裝配模塊、分析步模塊、相互作用 模塊、載荷模塊、網(wǎng)格模塊、分析作業(yè)模塊、后處理模塊、繪圖模塊這十個功 能 模 塊 組 成 。? ABAQUS 靜 態(tài) 分 析靜態(tài)結(jié)構分析是在載荷不變的作用下分析結(jié)構的效應的方法，它不考慮結(jié)構 隨著時間的變化載荷的情況。所有的載荷被設置為慢慢運用，直到最終達到完全 量 值 是 停 止 。 而 在 達 到 完 全 量 值 后 ， 受 到 的 載 荷 大 少 保 持 不 變 （ 不 會 隨 著 時 間 變 化而改變 ） 。 由于運用 是設置的加速度和速度都非常小， 甚至可忽略 不計， 因此 在 這 種 假 設 下 回 忽 略 慣 性 力 和 阻 尼 力 。 靜 態(tài) 分 析 主 要 是 計 算 在 載 荷 的 作 用 下 的 軸 承 座 的 位 移 、 應 變 和 應 力 。軸 承 座 的 結(jié) 構 分 析 及 優(yōu) 化2.7.1 問題描述如圖 2.15 所示的方形軸承座， 材料為鋼， 采 用國際單位制 : 力(牛頓,N)、 應 力 (兆 帕 ,MPa)、 長 度 (毫 米 ,mm)， 泊 松 比 為 0.3。軸承座 UCF205 通過四個安裝孔 進行固定，軸承設置為顯示體約束,選用靜態(tài)分析步,來分析軸承座在絲杠運動時 的應力和位移狀態(tài)。圖 2.15 方 形 軸 承 座 UCF2052.7.2 創(chuàng)建模型選擇文件中保存的軸承座三維模型，打開如圖 2.16。圖 2.16 軸 承 座 的 模 型1415性”2.7.3 屬性設置(1)單 擊 按 鈕 ,重 新 建 立 一 個 材 料 ,并 定 義 為 “Material-1”。 選 擇 材 料 行 為 中 的 “彈 。(2)單 擊 按鈕,彈出 “創(chuàng)建截面”對話框。輸入截面名稱后 ,出現(xiàn)所顯示的 “編 輯 截 面 ”對 話 框 。（3）在“編輯截面”對話框中選擇所包含的材料類型,完成截面的定義。（ 4） 在 完 成 截 面 的 定 義 后 ， 點 擊 按 鈕 ， 來 為 模 型 指 派 截 面 。 在 視 圖 區(qū) 中 拾 取 要 指 派 的 對 象 ,完 成 拾 取 后 ,完 成 截 面 指 派 ,以 軸 承 座