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隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、有限元分析理論的深化、CAE技術(shù)的逐步盛行，應(yīng)用有限元軟件進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化越來越受到工程技術(shù)人員的推崇。合理地定義載荷，是得到正確可靠計(jì)算結(jié)果的前提條件，也是有限元技術(shù)應(yīng)用于工程領(lǐng)域解決實(shí)際問題的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
減速器、變速箱等功能不同的齒輪箱體中，齒輪嚙合力、傳動(dòng)軸重力等載荷均通過軸承傳遞到箱體上，軸承載荷無疑是箱體工作載荷的重要部分，其大小和方向?qū)ο潴w的應(yīng)力分布有重要影響。在進(jìn)行箱體類零部件結(jié)構(gòu)分析時(shí)，對(duì)于軸承載荷的模擬，方法各異。文獻(xiàn)中先求得滾動(dòng)體載荷，再換算出單位表面壓力，施加在元素表面形心上(大孔分布，小孔分布；文獻(xiàn)提出把軸承的徑向力等效為在120°范圍內(nèi)的余弦分布?jí)毫Γ晃墨I(xiàn)將力的作用范圍按沿軸承座孔內(nèi)表面在120°范圍內(nèi)按余弦分布；文獻(xiàn)提出在軸承孔處施加沿坡度變化的壓力，面力沿徑向、大小沿坡度變化、對(duì)稱分布在整個(gè)結(jié)合面上；文獻(xiàn)在箱體軸承孔受載面處施加分布載荷；文獻(xiàn)在軸承孔內(nèi)根據(jù)軸承的寬度選擇壓強(qiáng)加載面，然后再施加壓強(qiáng)載荷。這些加載方式只處理了單一載荷，對(duì)于多種載荷的施加還存在計(jì)算繁瑣、加載復(fù)雜、效率低等問題。
本文在系統(tǒng)分析軸承載荷分布情況的基礎(chǔ)上，提出了將軸承孔單元的節(jié)點(diǎn)以剛性單元連接，避免了多種載荷施加過程中煩瑣的節(jié)點(diǎn)選取，加載簡(jiǎn)單，并以某綜合傳動(dòng)箱體為例進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明本文提出的方法是合理有效的。
以某綜合傳動(dòng)變速箱箱體為例，當(dāng)傳動(dòng)軸自身重力和齒輪嚙合產(chǎn)生的作用力通過軸承傳遞給箱體時(shí)，軸向載荷可認(rèn)為由各滾動(dòng)體平均分擔(dān)，即為均布載荷。在徑向載荷作用下軸承所承受的支反力分布情況如圖所示，根據(jù)牛頓相互作用力原理，箱體軸承孔處載荷大小分布情況也如圖所示，載荷方向與圖示方向相反。
箱體傳動(dòng)部分分布9個(gè)軸承孔，每個(gè)軸承孔承受的載荷大小方向各異，如果按照公式計(jì)算出的載荷施加在箱體上，這種加載方式雖然精確，但實(shí)施過程繁瑣，必將花費(fèi)大量的時(shí)間，因此尋找一種可靠、有效、合理的途徑。首先考慮把非均布載荷劃分為均布載荷，因?yàn)閷?duì)于均布載荷，只需創(chuàng)建相應(yīng)剛性單元(同一剛性單元上各節(jié)點(diǎn)受力相同)，然后在剛性單元主節(jié)點(diǎn)處施加均布載荷的合力，即可真實(shí)反映均布載荷的作用，載荷加載過程簡(jiǎn)單、方便。依據(jù)這種思路，把Y方向上非均布載荷，方向上載荷相互抵消，如圖所示。
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