毕业设计（论文）-圆柱滚子轴承受力有限元分析设计(含全套CAD图纸)

优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要CAD图纸，Q咨询414951605或1304139763本科毕业设计说明书I摘要本文圆柱滚子轴承作为研究对象，分析论证了CAD/CAE技术在圆柱滚子轴承中的应用，主要内容如下1、运用SOLIDWORKS三维软件建立圆柱滚子轴承的三维模型。然后简化分析模型，以其中一组滚子轴承为分析对象，作出其三维模型。2、通过SOLIDWORKS软件和ANSYS件的无缝连接将简化后的圆柱滚子轴承的三维模型导入ANSYS软件中。3、运用ANSYS软件的强大的有限元分析功能对该圆柱滚子轴承进行网格划分，施加适当的约束和载荷，对圆柱滚子轴承进行有限元分析，得出其应力和应变云图。在建模和有限元分析过程中，就SOLIDWORKS三维实体的建模方法、有限元理论的数学基础、有限元软件ANSYS、SOLIDWORKS软件与有限元接口技术、有限元分析方法的前期后期处理等方面做了研究工作，为后续工作做了较好的技术准备。关键词圆柱滚子轴承；CAD/CAE；ANSYS；有限元分析；IIABSTRACTINTHISPAPER,THECYLINDRICALROLLERBEARINGASTHERESEARCHOBJECT,ANALYZESTHEAPPLICATIONOFCAD/CAETECHNOLOGYINHIGHSPEEDCYLINDRICALROLLERBEARING,THEMAINCONTENTSAREASFOLLOWS1,USINGSOLIDWORKS3DSOFTWARETOBUILDTHREEDIMENSIONALMODELOFCYLINDRICALROLLERBEARINGTHENTHESIMPLIFIEDANALYSISMODEL,INWHICHAGROUPOFROLLERBEARINGASANOBJECT,THETHREEDIMENSIONALMODEL2,THROUGHTHESEAMLESSCONNECTIONWITHSOLIDWORKSSOFTWAREANDTHEANSYSMEMBERWILLBESIMPLIFIEDCYLINDRICALROLLERBEARINGS3DMODELINTOANSYSSOFTWARE3,USINGPOWERFULFINITEELEMENTANALYSISFUNCTIONOFANSYSSOFTWARETOMESHTHECYLINDRICALROLLERBEARINGS,CONSTRAINTSANDLOADTHEAPPROPRIATE,THEFINITEELEMENTANALYSISOFTHECYLINDRICALROLLERBEARING,THESTRESSANDSTRAINNEPHOGRAMINTHEMODELINGANDFINITEELEMENTANALYSISPROCESS,THESOLIDWORKSTHREEDIMENSIONALENTITYMODELINGMETHODS,THEFINITEELEMENTMATHEMATICALTHEORY,THEFINITEELEMENTSOFTWAREANSYS,SOLIDWORKSSOFTWAREANDFINITEELEMENTINTERFACETECHNOLOGY,FINITEELEMENTANALYSISMETHODOFEARLYANDLATETREATMENTANDOTHERASPECTSOFTHERESEARCHWORK,PREPAREDFORTHEFOLLOWUPWORKBETTERTECHNOLOGYKEYWORDSCYLINDRICALROLLERBEARINGCAD/CAEANSYSFINITEELEMENTANALYSISIII目录摘要IABSTRACTII1引言111有限元方法的国内外研究现状及应用实例1111有限元的发展趋势1112有限元的应用实例112研究意义及目的22有限元法与ANSYS321有限元分析方法概述322有限元分析的基本思想323ANSYS的主要功能424ANSYS提供的分析类型53圆柱滚子轴承三维模型创建与有限元模型建立731SOLIDWORKS软件简介732零件建模933模型简化934有限元模型建立10341圆柱滚子轴承材料特性10342圆柱滚子轴承模型导入ANSYS11333定义单元类型11344定义材料属性12345网格划分134ANSYS求解1541创建节点1542创建内外圈约束1543加载方法1744加载18IV45工框求解1946求解结果19461应力云图19462应变云图21463合位移云图225总结和展望2451本文所做工作总结2452工作的展望24参考文献26致谢2711引言11有限元方法的国内外研究现状及应用实例“有限单元法”这一名称是克拉夫（CLOSOLIDWORKSH）在1960年首先引用的。它是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它虽然是50年代首先在连续体力学领域飞机结构静、动态特性分析中应用过的一种有效的数值分析方法，但是，由于它所依据理论的普遍性，已经能够成功地用来求解其它工程领域中的许多问题1。随后很快广泛的应用于求应力场、位移场、电磁场、温度场、流体场等连续性问题。涉及了很多的工程学科，如机械设计、声学、电磁学、岩土力学、流体力学等。在机械工程领域，有限元被广泛的应用于机构、振动和传热问题上。111有限元的发展趋势纵观当今国际上有限元软件的发展情况，可看出有限元软件的一些发展趋势与CAD软件的无缝集成；更为强大的网格处理能力；由求解线性问题发展到求解非线性问题；由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解；程序面向用户开放性等。112有限元的应用实例1地铁振动预测的周期性有限元边界元耦合模型JONES利用有限元无限元耦合二维模型计算了铁路隧道内及周围土体的动力响应2。针对地铁列车运行引起的隧道结构和自由场中的振动响应问题，提出了一个在频率波数域内的三维周期性有限元边界元耦合的数值模型，此模型中隧道结构采用有限元法计算，自由场采用边界元法模拟。此模型采用FLOQUET变换，利用隧道和自由场在隧道轴线方向上的周期性，把无限长的隧道及自由场的网格划分限制在一个基本元内，这样使动力学数值计算的效率大大提高。利用此模型计算了在隧道底板上施加固定单位谐振荷载情况下隧道自由场相互作用系统的动力响应，结果表明此模型可应用于地铁列车运行引起的隧道和自由场中的动力响应预测3。2永磁直线同步电机解析分析及有限元验证对永磁直线同步电动机具有边端效应、气隙不均匀、气隙磁场分布复杂、永久磁极几何尺寸难以确定的问题，给出了单段永磁直线同步电动机气隙磁场的二维解析分析，讨论了电机的各主要尺寸参数对气隙磁场和性能的影响，提出了永久磁极的设计原则和计算公式，分2析了考虑饱和影响、计及边端效应时分段式永磁直线同步电动机的非线性、不对称、变化的自感和互感参数的解析计算方法，得到了定子绕组自感和互感系数随动子位置不同时的变化曲线。有限元数值计算结果表明，导出的分段式永磁直线同步电动机永久磁极的设计计算公式以及电机变电感参数解析计算公式是适用的4。3基于响应面的桥梁有限元模型修正采用试验设计和回归分析方法，以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数关系，得到简化的结构模型METAMODEL，给出有限元模型修正过程。针对复杂的土木工程结构，讨论样本选择、修正参数选取以及如何从众多因素中较合理地建立结构的响应面模型。用数值模拟算例和六跨连续梁桥环境振动试验结果，实现基于响应面模型的土木工程结构有限元模型修正，并与传统的基于灵敏度方法直接对结构有限元模型修正结果进行比较。结果表明，基于响应面方法的有限元模型修正和验证，能显著提高修正的效率，修正过程计算简洁、迭代收敛快，避开每次迭代都需要进行有限元计算，易于工程实际应用5。12研究意义及目的安全与节能已经成为现代机械工业的重要主题。任何设计机械重要零部件都是以保证安全为前提条件的，所以，现代机械工业的首要原则就是保证结构性能的安全性。目前，产品设计一般分为两种一种是传统设计方法（经验设计法），另一种是现代设计方法（有限元分析计算法）。由于传统的设计方法所依靠的是经典的经验公式，需对产品结构做大量的简化以便进行分析，所以它带有一定的盲目性，也不能对产品结构的应力分布及刚度分布进行定量分析。因而达不到产品优化设计的目的。随着现代计算机技术的飞速发展，有限元法已经发展成为一个十分重要的工程计算方法，应用范围也越来越广。现代设计方法，即有限元分析法，使用有限元分析软件CAE软件和CAD软件，两者并用，使设计水平发生了质的飞跃。不仅减少了设计成本，缩短了设计和分析时间，产品和工程的可靠性也得到了提高，还能在制造产品前预先发现潜伏的问题，进行各种模拟试验，减少了试验时间和经费，此外，还能进行机械事故分析，查找事故原因。通过本课题的研究，可达到如下目的（1）学习SOLIDWORKS，ANSYS软件，建立产品结构的三维实体模型和有限元模型，为有限元技术在产品优化设计中的应用奠定基础。（2）对所研究的产品进行静态特性分析，为产品的轻量化设计提供理论支持。32有限元法与ANSYS21有限元分析方法概述有限元法是一种离散化的数值解法,是用于求解各类实际工程问题的方法。应力分析中稳态的、瞬态的、线性的、非线性的问题及热力学、流体力学、电磁学以及冲击动力学问题都可以通过有限元法得到解决2。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。320世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（CLOSOLIDWORKSH）教授形象地将其描绘为“有限元法RAYLEIGHRITZ法分片函数”，即有限元法是RAYLEIGHRITZ法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的4RAYLEIGHRITZ法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一22有限元分析的基本思想有限元分析（FEA，FINITEELEMENTANALYSIS）的基本思想是用较为简单的问题代替比较复杂的问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互联子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所替代。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元法不仅计算精度高，而且能适应各种复杂情况，因而有限元分析成为行之有效的工程分析手段。5有限元法的基本思想可归结为两个方面，一是离散，二是分片插值。6离散就是将一个连续的求解域人为地划分为一定数量的单元，单元又称网格，单元之的4连接点称为节点，单元间的相互作用只能通过节点传递，通过离散，一个连续体便分割为由有限数量单元组成的组合体。离散的目的就是将原来具有无限自由度的连续变量微分方程和边界转换条件转换为只包含有限个节点变量的代数方程组，以利于用计算机求解。有限元法的离散思想借鉴于差分法，但做了适当改进。首先，差分法是对计算对象的6微分方程和边界条件进行离散，而有限元法是对计算对象的物理模型本身进行离散，即使该物理模型的微分方程尚不能列出，但离散过程依然能够进行。其次，有限元法的单元形状并不限于规则网格，各个单元的形状和大小也并不要求一样，因此在处理具有复杂几何形状和边界条件以及在处理具有像应力集中这样的局部特性时，有限元法的适应性更强，离散精度更高。变分法是在整个求解域用一个统一的试探函数逼近真实函数，当真实函数性态在求解域内趋于一致时，这种处理是合理的。但如果真实函数的性态很复杂，再用统一的试探函数就很难得到较高的逼近精度，或者说要得到较高的精度就需要阶次很高的试探函数。同时由于不能在求解域的不同部位对试探函数提出不同的精度要求，往往由于局部精度的要求问题的求解很困难。所以这类方法一般用于求解函数交规则和边界条件较简单的问题。分片插值的思想是有限元法与里兹法的一个重要区别，它是针对每一个单元选择试探函数（也称插值函数），积分计算也是在单元内完成。由于单元形状简单，所以容易满足边界条件，且用低阶多项式就可获得整个区域的适当精度。对于整个求解域而言，只要试探函数满足一定条件，当单元尺寸缩小时，有限元就能收敛于实际的精确解。从以上分析可知，有限元法是差分法的一种发展，又可以看成是里兹法的一种新形式。它兼顾了两者的优点，同时克服了各自的不足，因而具有更大的优越性和实用性。623ANSYS的主要功能ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，目前，有限元法从它最初应用的固体力学领域，已经推广到温度场、流体场、电磁场、声场等其他连续介质领域。在固体力学领域，有限元法不仅可以用于线性静力分析，也可以用于动态分析，还可以用7于非线性、热应力、接触、蠕变、断裂、加工模拟、碰撞模拟等特殊问题的研究。软件主要包括三个部分前处理模块，分析计算模块和后处理模块。8前处理模块前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。ANSYS的前处理模块主要有两部分内容实体建模和网格划分。5分析计算模块分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。后处理模块后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了200种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。24ANSYS提供的分析类型ANSYS软件提供的分析类型如下9结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。10,结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。结构非线性分析结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。12动力学分析结构动力学分析研究结构在动载荷作用的响应（如位移、应力、加速度等得时间历程），以确定结构的承载能力的动力特性等。ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。热分析程序可处理热传递的三种基本类型传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳6态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。流体动力学分析ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。声场分析ANSYS把声学归为流体，程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。10压电分析压电效应分析是一种结构电场耦合分析，给压电材料加电压会产生位移，反之使压电材料振动则产生电压，一个典型的压电分析的应用是压力换能器。ANSYS压电分析用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析接触非线性分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析。1073圆柱滚子轴承三维模型创建与有限元模型建立31SOLIDWORKS软件简介首先我要对SOLIDWORKS进行介绍一下，它是一种先进的，智能化的参变量式CAD设计软件，在业界被称为“3D机械设计方案的领先者”，易学易用，界面友好，功能强大，在机械制图和结构设计领域，掌握和使用SOLIDWORKS已经成为最基本的技能之一。与传统的2D机械制图相比，参变量式CAD设计软件具有许多优越性，是当代机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的CAD设计通常是按照一定的比例关系，从正视，侧视，俯视等角度，根据投影，透视效果逐步绘出所需要的各个单元，然后标注相应尺寸，这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化，几何图形的尺寸不会同步变更；如果改变了几何图行，其标注尺寸也不会发生变化，还要重新绘制，标注，因此绘图工作相当繁重。参变量式CAD设计软件，是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后，可以加入尺寸等数值限制条件和其他几何限制条件，让草图进入完全定义状态，这就是参数式模式。由于软件自动加入了关联属性，如果修改了标注尺寸，几何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件，让草图处于欠定义状态，这就是变量式操作模态。美国SOLIDWORKS公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，公司宗旨是使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系统，公司主导产品是世界领先水平的SOLIDWORKS软件。90年代初，国际微机市场发生了根本性的变化，微机性能大幅提高，而价格一路下滑，微机卓越的性能足以运行三维CAD软件。为了开发世界空白的基于微机平台的三维CAD系统，1993年PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁成立SOLIDWORKS公司，并于1995年成功推出了SOLIDWORKS软件，引起世界相关领域的一片赞叹。在SOLIDWORKS软件的促动下，1998年开始，国内、外也陆续推出了相关软件；原来运行在UNIX操作系统的工作站CAD软件，也从1999年开始，将其程序移植到WINDOWS操作系统中。由于SOLIDWORKS出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值将SOLIDWORKS全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以原来一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SOLIDWORKS以原来的品牌和管8理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。功能描述（1）、TOPDOWN自顶向下的设计（2）、DOWNTOP自下向上的设计（3）、配置管理（4）易用性及对传统数据格式的支持（5）零部件镜像（6）装配特征（7）工程图（8）EDRAWINGSOLIDWORKS模形由零件，装配体和工程图等文件组成，没有生成零件之前的图纸称为草图。由2D，3D草图直接生成3D模形和工程图时，如果修改了草图的标注尺寸，其3D模形和工程图会同步更新；相反，如果修改了工程图的标注尺寸，其3D模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便，大大减少了设计人员的工作量，提高了工作效率。通常，从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始，绘制草图、生成基体特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始，编辑特征，生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法，也就是自下而上的设计方法。草图绘制从零件文件开始，对于一个新的产品设计，要首先建立零件文件。由于零件、装配体及工程图的相关性，所以当其中一个视图改变时，其他两个视图也会自动改变。SOLIDWORKS2012允许自定义功能,选择菜单栏中的“工具”“选择”命令,可以显示定义”系统选项”和”文件属性”选项卡SOLIDWORKS2012可以自动保存工作自动恢复功能可以自动保存零件,装配体或工程图文件的信息,在系统死机时不会丢失数据如果设定此选项,则选择”工具”_”选项”菜单命令在”系统选项”选项卡上,单击”备份”选项,选择”每N次更改后,自动恢复信息”复选框,然后设定信息自动保存前应发生的变更次数SOLIDWORKS2012具有很强的文件交换功能,可以输入,输出数十种文件格式,可以与AUTOCAD，PRO/ENGINEER,SOLIDEDGE,CAM等软件很方便地进行文件交换。SOLIDWORKS2012在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。可将网9格线与模型边线对齐，还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在SOLIDWORKS2012中不太使用，因为SOLIDWORKS是参变量软件，尺寸和几何关系已提供了所需的精度。32零件建模在SOLIDWORKS中，圆柱滚子轴承的形成比较容易实现，可以通过草图绘制出圆柱滚子轴承的外形，然后通过拉伸得出圆柱滚子轴承的的三维模型如图31所示。图31圆柱滚子轴承三维图33模型简化本次有限元分析是分析轴承内外圈和滚子的接触应力，然后整个滚子轴承整体分析数据量太大，分析可能需要几十个小时，因此需要对整个分析模型进行简化，我们以其中一对滚子接触为分析对象，简化后的模型如下图32所示10图32简化后的分析模型34有限元模型建立应用SOLIDWORKS软件对圆柱滚子轴承进行三维建模，通过SOLIDWORKS软件和ANSYS软件的无缝连接将模型导入ANSYS中去，用ANSYS自带的网格划分功能进行网格划分，对有限元模型添加载荷及约束，进入求解器求解，在后处理模块中检查结果。341圆柱滚子轴承材料特性目前，圆柱滚子轴承的材料应用最多的是16MN钢（轴承钢）。16MN钢的合金含量较少，综合性能好，低温性能好，焊接性能和可切削性能良好，广泛的应用在桥梁、锅炉、起重运输机械和其他较高载荷的焊接结构件中。它的物理性能如下弹性模量E201011PA材料密度7850KG/M3泊松比03最小屈服极限360MPA11最小抗拉强度510MPA最大抗拉强度610MPA342圆柱滚子轴承模型导入ANSYS通过SOLIDWORKS软件与ANSYS软件之间的无缝连接将三维实体模型导入ANSYS，形成ANSYS模型，具体操作为FILEIMPORTSOLIDWORKS，选择三维实体模型，即可将模型导入ANSYS软件。将模型显示为实体PLOTCTRLSSTYLESOLIDMODELFACETS,导入模型对话框如下图所示图33导入模型333定义单元类型实际工程中的结构是千变万化的，为了方便模拟，ANSYS为用户提供了几十种单元用于结构分析，而选取恰当的单元类型是顺利进行有限元分析的重要一步。单元类型的选取，既要充分反映结构的力学特性，也要尽可能的选取简单的单元，使模型计算时简单又节约计算费用。ANSYS软件中，常用的单元类型有SOLID实体单元、SHELL板壳单元等。本文选用SOLID186单元。相对于3D，8节点的SOLID45单元来说，SOLID186单元更为高级，SOLID186单元由20个节点定义，每个节点有三个自由度，为节点在X，Y，Z方向的平移自由度。它能够吸收不规则形状的单元而没有精度损失，还有可并立的位移形状，对于曲线边界的模型能很好的适应。SOLID186单元有塑性、蠕变、应力刚度、大变形及大应变能力。SOLID186单元的示意图如图34所示。12图34SOLID186单元定义单元类型的具体操作为MAINMENUPREFERENCESELEMENTTYPEADD/EDIT/DELETE，在弹出的对话框中点击ADD，弹出LIBRARYOFELEMENTTYPES对话框，选择SOLID20NODE186。如图35所示。图35选择单元类型对话框344定义材料属性具体操作MAINMENUPREPROCESSORMATERIALPROPSMATERIALMODELS,在弹出的对话框中选择STRUCTURALLINEARELASTICISOTROPIC，设置材料的弹性模量EX为20E5MPA，泊松比PRXY为03。定义材料密度STRUCTURALLINEARELASTICDENSITY，设置材料的密度DENS为785E9吨/毫米3，具体如图36，37所示。13图36弹性模量和泊松比定义框图37密度对话框材料属性定义完毕，点击MATERIALEXIT，退出材料属性定义。345网格划分在前两步的基础上划分网格MAINMENUPREPROCESSORMESHINGMESHTOOL，在MESHTOOL对话框中勾选SMARTSIZE，选择8级精度，点击MESH按钮，出现MESHVOLUMES对话框，点击PICKALL，点击OK。如图38所示。划分网格完成后后的模型如图39所示。14图38划分网格对话框图39划分网格结果154ANSYS求解41创建节点为了能得出解并且唯一，必须对圆柱滚子轴承进行约束，其约束条件取决于工况。各个节点如图41所示。表41创建节点42创建内外圈约束在建好的模型中选择所有节点，约束“GX”“NQ”、“WQ”方向的自由度；然后创建内外圈约束如下图42，43所示。16图42内圈约束图43外圈约束1743加载方法加载的具体操作为MAINMENUPREPROCESSORLOADSDEFINELOADSAPPLYSTRUCTURALDISPLAMENTONKEYPOINTS，弹出一对话框，输入关键点编号，点击OK，继而弹出APPLYU,ROTONKPS对话框，如图44所示，选择与关键点相应的约束即可。其中，关键点编号可通过以下操作查看PLOTCTRLSNUMBERING，弹出PLOTNUMBERINGCONTROLS窗口，将KEYPOINTNUMBERS设为ON即可。还可以通过该窗口显示模型节点编号，只需将NODENUMBERS设为ON即可。如图45所示。图44选取关键点18图45查看关键点编号44加载显示模型所有节点编号，记下圆柱滚子轴承受力点，在这些点处施加载荷。具体操作如下MAINMENUPREPROCESSORLOADSDEFINELOADSAPPLYSTRUCTURALFORCE/MOMENTONNODES，弹出选取节点的对话框，输入受力的节点编号，点击OK，出现APPLYF/MONNODES对话框。载荷方向均选MX，载荷大小为负值，表示圆柱滚子轴承受到的力是X方向的。如图46所示19图47加载45工框求解（3）工况求解及结果分析工况加载完毕后，就要对模型进行求解，具体操作如下MAINMENUSOLUTIONSOLVECURRENTLS。出现信息窗口和一个对话框，检查信息窗口，确认无误，点击OK，系统开始计算，约五分钟后出现SOLUTIONISDONE，点击OK。求解完毕，查看计算结果MAINMENUGENERALPOSTPROCPLOTRESULTSCONTOURPLOTNODALSOLU，出现对话框，在“ITEMSTOBECONTOURED”一栏中选择“STRESS”，在右边的栏中选择“VONMISESSEQV”,点击OK,显示有效应力云图。在“ITEMSTOBECONTOURED”一栏中选择“DOFSOLUTION”一栏下的DISPLACEMENTVECTORSUM,则显示应变云图。46求解结果461应力云图更具上诉步骤得求解下的X方向的应力云图如图47/48所示20图47X方向上应力云图方向1图48X方向上应力云图方向221462应变云图更具上诉步骤得求解下的X方向的应变云图如图49到410所示图410X方向应变云图方向1图411X方向应变云图方向222463合位移云图更具上诉步骤得求解下的X方向的合位移云图如图412到413所示图410X方向合位移云图方向1图411X方向合位移云图方向223分析结果表明，圆柱滚子轴承总体上有较好的强度和刚度特性。说明本次设计的圆柱滚子轴承模型的结构合理，材料选择合理。245总结和展望51本文所做工作总结本文利用SOLIDWORKS软件建立了圆柱滚子轴承的3D模型，并在ANSYS环境下利用有限元分析方法对之进行了接触非线性分析，本文主要工作如下（1）对有限元的国内外研究现状进行了分析。（2）圆柱滚子轴承三维几何模型。（3）用对圆柱滚子轴承进行了智能网络划分，定义了边界约束条件，建立了圆柱滚子轴承有限元模型。（4）对圆柱滚子轴承进行了静态特性分析。分析结果表明，圆柱滚子轴承总体上有较好的强度和刚度特性。说明本次设计的圆柱滚子轴承模型的结构合理，材料选择合理。通过圆柱滚子轴承在本次施加载荷的有限元模拟，可以很方便地知道圆柱滚子轴承各点应力分布的情况及最大应力点的位置，预估产品的刚度和强度。在现实的生产设计活动中，使用CAD/CAE方法设计汽车圆柱滚子轴承，具有耗时少，效率高，耗资少，变型方便，计算结果全面且详尽，劳动强度低等传统设计方法不具备的优点。综观整个设计，由于自身能力有限，加之时间仓促，还存在下列不足之处（1）未能在不同载荷下进行分析；（2）未能够在有限元模型中给不同的部件赋于不同的材料特性；（3）在分析中一些数据上存在一定误差，对结果的精度有影响；鉴于以上原因，建议今后的研究可从下列几个方面着手（1）全面细致的掌握ANSYS软件中有关内容。（2）对圆柱滚子轴承有限元模型进行动态特性分析，还可以对圆柱滚子轴承进行有限元疲劳分析，更加全面的分析圆柱滚子轴承结构的合理性。（3）对于圆柱滚子轴承设计，要求在满足强度和刚度