1、附录 有限元素分析与设计 42（ 2006） 298 - 313 大型轴承螺栓接头数值模式的发展 作者：奥里安 韦迪纳， *，迪米特里 尼瑞巴 ，让 癸乐特布 加拿大 H3C 公司 3A7,魁北克，蒙特利尔，沙田，车站中心，蒙特利尔 Ecole 理工学院，机械工程系， P.O 6079 信箱 摘要 ： 螺栓接头的传统理论并没有考虑到外部负载的复杂性，既没有其相关连接的不灵活性，也没有接触的非线性。本文论述了可以快速，精确的计算直径轴承上承受很大倾覆力矩的紧固螺栓的二维数值模型。该模型的独特性是在于一个特殊的有限元素的使用，像一环，除了在轴向方向。其轴向刚度是控制螺栓组装方式的局部刚度。该模型调
2、整为三维有限元的模拟，并在几种类型的轴承中表现了优异效果。 关键词：螺栓接头 ；数值模式 ；转盘轴承 ；有限元分析 1、 介绍 提供快捷，准确的结果，是对实际工程的挑战之一，主要是在设计过程的早期阶段。涉及不同的螺栓接头的机械系 统的制造商需要合适的计算模型，该计算模型需要考虑整体解决方案。大量的模型近似的部件和螺栓刚度使用锥体，球体，相当于瓶装或其他分析模型 1-4。 根据传统理论，最初是为那些居中或稍微偏离中心的负荷发展，该负荷的刚度为常数。然而，有限元模拟以及实验结果显示出强劲的非线性由于接触面积的变化 5-7与外部负载。刚度非线性特性进行了研究格洛斯 8和吉洛 9，他们提出了一个非线性
3、模型，但只有板样的配置。 另一个传统理论的弱点在于所谓的负载系数的计算方法。负荷因素试图测量传送到螺栓上面的外在的力量。在外部力量的成 员上应用所在地管辖的负载因子和刚度成员的方式分配。张 10开发了一种新的螺栓接头分析模型，并考虑到刚性还原会与残余力量有关，压缩变形和尺寸变化的外力是因为成员轮换造成的。这种模式有它的局限性，并不适用于螺栓装配时的成员有不同的几何形状，或在外部势力不是在成员接口对称的。 对于具体模型，我们提出对大型轴承可以看作为一个圆形法兰盘，考虑到不同的非线性特性以及不同的配置或通过适当的几何刚度分布的通用模型的基础。 2、 回转支承 本文提出的模型是对特定的大直径螺栓轴承
4、合适。这些大型轴承（高达 13米（ 43英尺）也被称为 “回转支承”，是用起重机，雷达菜，隧道掘进机，轴承套圈等。二是夹在主框架由高强度的螺栓预装。一个或两个环是提供齿，使摆动驱动器进行运转。连接就像大量的一个个又厚又狭小的螺栓固定一个非常严格的框架圆柱法兰。 该系统的另一个特殊性是重要的和可变的倾覆力矩。轴承是遭受同样重要径向和轴向负荷。轴承所研究的三个类型，球轴承，交叉滚子轴承和三排滚子轴承，如图 1 所示。 由于结构的复杂性和特殊性，螺栓联合负荷，既不是传统的模式也不是非线性模型是合适的。 图 1 回转轴承 因此，我们已经开发出一种新的模式，同时考虑到在与框架单元的轴向方向，并与管状分子
5、径向方向的弯曲刚度。此外，管内容进行了修改，涉及螺栓装配的预装行为特征。此外，在建模过程是一个原始的“混合”有限元素的定义。这个元素有一个除了在其轴向刚度有关，局部刚度，支配行为的螺栓装配环的一般行为。啮合同几个元素的环状物可以考虑到非线性刚度分布，特别是对高负荷的应用效果。不断演变的接触面积是仿照通过接触弹簧和使用迭代求解的技术。 3、 建模和假设 对这些系统的具体负荷是一个偏离中心的轴向载荷（正常起重机载荷型）在一个大的倾覆力矩造 成的。这将建立在轴承槽（如图 1 内部负载 1）。在这个发展阶段，外部负荷强度并不重要。这足以适用于两种型号相同的载荷：二维数值模型和三维有限元模型用于调整的第
6、一个步骤。 要构建数学模型，我们提出了一些简化： 建模的目的，我们只考虑负载最重的螺栓和相关零件 ； 外圈不仅是为模型。因此，外部势力所取代滚动体负荷，等效负载增加螺栓的工作负荷 ； 加载，以及有关的具体内容的制定被认为是轴对称 ； 安装被认为是非常严格的。 图 2 基本原则提出了新的建模。在左边的是素描和数值模型 ；右侧的是等效有限元模型。 图 2 建模原理 正如图 2 显示，轴承环模型包括三个要素的类型： A：盘子模型是以由沃代安 11提出和罗克解析式 12发展的圆板模型为基础的。他们有两个自由度 /节点（是翻译和 z 旋转轴对称元素）及其作用： 为代表的环的弯曲度是根据 OY 轴的方向
7、； 表征移位，尤其是环状物的边界不断增长和它的分离。联系弹簧元素它们能够模拟环变量之间的接触带和安装根据预安装和外部负载的应用。因此，以不同的接触状态，物体的刚度矩阵将被调整和它们对螺纹元件的非线性负荷将增大。 B：所谓的混合物原理使人们有可能考虑到物体的部分压缩刚度，以及具体的弯曲沿径向方向的挠度。每个节点的三个自由度使铁元素的结构与系统的受力相当于外部负载。 C:元素的弯曲和分裂是由于模型的接触与安装。它们的行为特征的弹性表现在该接口和单方面的接触。弹簧刚度模型可作为一个调谐参数。 螺栓有一个等效梁的制定在本文件的以后会有讲述。 3.1 确定轴承的轴向刚度位置 为了计算轴承的轴向刚度位置，我们已经使用 MASSOL13根据拉斯穆森 14提出的一个基本圆柱集会（图 3）所作的改进。本节计算的等效部分 ,记为 Ap,使我们能 够确定零件刚度的 Kp 值。所用的关系式为 （ 1） * * 2 * 2 1* 2 * 20 . 3 5 ( 1 2 ) 1( 1 ) 0 . 6 1 ( 1 ) t a n4 2 . 0 4 ( )ppp t pptllA D DDD
