基于ANSYS的軸類零件元靜力學分析

1、基于ANSYS勺軸類零件有限元靜力學分析馬超山東科技大學 交通學院,車輛工程2021-1 、/ 、.刖百軸向受彎扭的桿件在工程中的應用非常廣泛. 齒輪減速器中的齒輪軸承受扭 矩的作用,如果扭矩過大,或者軸過于細長,那么有可能忽然變彎,發(fā)生穩(wěn)定失效.有限元法是利用電子計算機進行數(shù)值模擬分析的方法. ANSY軟件作為一款 功能強大、應用廣泛的有限元分析軟件,不僅具備幾何建模的模塊,而且也支持 其他主流三維建模軟件接口,目前在工程技術領域中的應用十分廣泛, 具有限元 計算結果已成為各類工業(yè)產(chǎn)品設計和性能分析的可靠依據(jù). 文章在基于有限元分 析軟件ANSYS根底上對軸的承載特性進行了分析.摘要：介紹應

2、用ANSYS件分析軸類零件在扭轉載荷壓力作用下發(fā)生形變量和應 力分布的情況.關鍵詞：載荷；軸；ANSYS一問題分析求解下列圖為一軸類零件結構示意圖. 該零件在兩個滾動軸承處受到軸向和徑向約 束,左側鍵槽側面受到6000N的均布載荷,右側鍵槽側面受 3000N的均布載荷. 模型材料為鋼材料,彈性模量為2 1011MPa ,泊松比為0.3.作出等效應力圖和 變形圖,并進行強度分析.二軸有限元模型2.1 建立軸零件有限元模型軸為左右對稱結構.在Siemens UGNX8.5中建立該軸三維模型,通過接口導 入 ANSY S.該載荷軸采用Tet 10node 187單元.此單元是一個高階3維20節(jié)點固體

3、結構單元, 每個節(jié)點有3個沿x、y和z方向平移的自由度,具有二次位移模式,主要適用于位 移、變形等方面.如果要求精度高,可較好地剖分；如果要求精度不高,由于單 元本身是高階單元,使用稍微弱一點的網(wǎng)格也可行,能夠用于不規(guī)那么形狀,且不 會在精度上有任何損失.2.2 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分的過程就是結構離散化的過程,通常軸模型劃分的單元越多越密 集,就越能反映實際結構狀況,計算精度越高,計算工作量越大,計算時間增長. 由于軸結構屬于局部不規(guī)那么幾何體,因此采用自動劃分法進行網(wǎng)格劃分.該劃分 方法能夠在規(guī)那么與不規(guī)那么幾何體之間自動切換,將單元尺寸設置為SIZE=7,得到軸承座有限元模型的總節(jié)點數(shù)為738

4、91,總單元數(shù)為51808,如下列圖所示.AN5YSAPR 部 20L4Fa2.3 載荷分析根據(jù)該階梯軸的受力特點,以載荷的形式施加到模型上,在該零件兩個滾動 軸承處施加軸向和徑向的位移約束,左側鍵槽側面施加 6000N勺均布載荷,右側 鍵槽相對側面施加3000N勺均布載荷,并觀察該軸在約束與載荷作用下的應力與 變形情況.計算結果分析3.1 等效應力分析零件受載后的等效應力圖如下.從下列圖中可以看出,鍵槽受載側面和軸的退 刀槽及臺階處所受應力較大,該軸所受的最小應力為 12.0553MPq最大應力為 23163.3MPa,故滿足設計的強度要求.3.2 彈性變形分析軸在載荷的作用下產(chǎn)生的變形結果

5、如下列圖.從結論可以看出,變形最明顯處發(fā)生在退刀槽和左側鍵槽受載側面處.軸的 彈性形變量較小,最大形變量為0.484 10-5m,能夠保證其在給定載荷的情況下 正常工作.D：3?LA：E«E；n=二ANSVSRI.T ;圉=1 net =mjKa通過應力與應變分析可知,軸的有限元模型的建立、分析結果是客觀的,較 為真實的反映了軸在受載荷的作用下的承載特性,且滿足設計要求.結論綜上所述,本文運用力學分析方法,應用ANSY漱件對軸模型進行有限元分 析,了解其結構的應力場分布,通過仿真其工作狀態(tài),在設計階段就可以得到軸 的彈性變形量和應力分布情況,從而對軸進行承載水平研究,為保證工程設計質 量及對現(xiàn)場設備的使用情況具有一定得指導意義.參考文獻：1機械設計手冊.機械工業(yè)出版