Solidworks應(yīng)力分析實(shí)例

1、基于Solidworks軟件的應(yīng)力分析Solidworks中有限元分析插件CosMos/Works分析零件的靜力學(xué)性能，得出載荷分布情況，定性的分析極限載荷（這里指的是最大扭矩）下的應(yīng)力，應(yīng)變分布及其安全性能。其分析流程如下：1、建立一個(gè)簡(jiǎn)化的分析模型；2、指定材料、元素和截面；3、加約束和載荷；4、設(shè)定網(wǎng)格；5、執(zhí)行分析；6、結(jié)果顯示；7、生成研究報(bào)告。分析對(duì)象電機(jī)軸及嚙合處的變速器輸入軸，離合器花鍵軸及嚙合處的離合器從動(dòng)盤(pán),電機(jī)軸和離合器花鍵軸之間的聯(lián)接螺栓（M12x40,10.9級(jí)）。材料目前公司所用的變速器輸入軸材料為20C1M11T1,考慮其受力情況，材料不一致，其強(qiáng)度就會(huì)不一樣，容

2、易導(dǎo)致強(qiáng)度差的失效，因此根據(jù)目前情況，電機(jī)軸和離合器花鍵軸均選用20CiMiiTio20C1M11T1用于制作滲碳零件，滲碳淬火后有良好的耐磨性和抗彎強(qiáng)度，有較高的低溫沖擊韌性，切削加工性能良好，承受高速、中載或重載以及沖擊和摩擦的主要零件。對(duì)于截面為15的樣件，經(jīng)過(guò)第一次淬火880C,第二次淬火870C，油冷;在經(jīng)過(guò)回火200C,水冷和空冷。得到的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度=1080MPa,屈服強(qiáng)度b,=835M%,伸長(zhǎng)率（式樣的標(biāo)距等于5倍直徑時(shí)的伸長(zhǎng)率）55=10%,斷面收縮率0=45%，沖擊韌度Ak=55J/cm2，硬度217HB。對(duì)于截面尺寸小于等于100的樣件，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，力學(xué)性能：抗拉

3、強(qiáng)度5,=615MPa,屈服強(qiáng)度o-v=395MPa,伸長(zhǎng)率=17%,斷面收縮率0=45%,沖擊韌度Aku=47J/cm2.本分析還要使用到的參數(shù)：泊松比“=0.25,抗剪模量G=7.938GPa,彈性模量E=207GPa,密度p=7.8xl03/n2o螺栓聯(lián)接受力分析螺紋聯(lián)接根據(jù)載荷性質(zhì)不同，其失效形式也不同。受靜載荷螺栓的失效形式多為螺紋部分的塑性變形或螺栓被拉斷；受變向載荷螺栓的失效形式多為螺栓的疲勞斷裂；對(duì)于受橫向載荷的絞制孔用螺栓聯(lián)接，其失效形式主要為螺栓桿被剪斷，螺栓桿或連接孔接觸面被擠壓破壞。對(duì)于10.9級(jí)M12的普通螺栓，屈服強(qiáng)度a.=900MPa，擰緊力矩T=120N.m。為

4、了增強(qiáng)螺紋連接的剛性、防松能力及防止受載螺栓的滑動(dòng)，裝配時(shí)需要預(yù)緊。其擰緊扳手力矩T用于克服螺紋副的阻力矩T1及螺母與被連接件支撐面間的摩擦力矩T2,裝配時(shí)可用力矩扳手法控制力矩。公式:T=Tl+T2=K*F0*d擰緊扳手力矩T=120N.m,其中K為擰緊力矩系數(shù)，J為預(yù)緊力N,d為螺紋公稱(chēng)直徑12nmio摩擦表面狀態(tài)K值有潤(rùn)滑無(wú)潤(rùn)滑精加工表面0.10.12一般工表面0.13-0.150.18-0.21表面氧化0.20.24鍍鋅0.180.22粗加工表面-0.26-0.3上表查得，一般加工表面在無(wú)潤(rùn)滑的情況下K=0.2則預(yù)緊力F。=一r7V=5xlO47V0K*d0.2x12x10-螺栓承受的

5、最大工作載荷來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出傳遞的轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩850N.m；最大工作載荷Fa=空J(rèn)N=3035.727V8x35xl0-3螺栓的最大拉力F=化+(G/C；+C2)Fa=50000N+0.3x3035.TIN=50910.716N螺栓的最大拉伸應(yīng)力6,，螺栓公稱(chēng)應(yīng)力截面面積As=l13.1nun2er=50910.716N/(113.1xl0-6m2)=450.139MPa1A剪切應(yīng)力：r=；=0.5q=225.0695MPa%忒其中d=10.106mm,J2=l0.863mm根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力：比=血+3尸1.3q=1.3x2250695MPd=29259MPa強(qiáng)度

6、條件:=29259MPc/580%x900MPa其中螺栓的屈服極限=900MPa:80%*q=80%x900MPa=720MRz,所以螺栓滿(mǎn)足其預(yù)緊力的確定原則：擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過(guò)其材料的屈服極限“的80%o離合器花鍵軸的轉(zhuǎn)矩通過(guò)螺栓傳遞給電機(jī)軸，離合器花鍵軸最大轉(zhuǎn)矩為7max=850N.m,轉(zhuǎn)換成對(duì)每個(gè)螺栓的剪切力/；=金=/V=3035.72/78r8x35x10=3035.72加3.14x352N/mnr=0.1S9MPa式中1-3511U11由上計(jì)算分析可以得出10.9級(jí)M12的普通螺栓滿(mǎn)足應(yīng)力要求。電機(jī)軸應(yīng)力分析通過(guò)簡(jiǎn)化建立一個(gè)Solidworks環(huán)境下的三維電機(jī)軸，

7、如右圖所示材料名稱(chēng)：20C1M11T1默認(rèn)失敗準(zhǔn)則：最大vonMise應(yīng)力屬性名稱(chēng)數(shù)值單位彈性模量2.07e+011N/mA2泊松比0.25NA抗剪模量7.938e+010N/mA2質(zhì)量密度7800kg/mA3張力強(qiáng)度6.15e+008N/mA2壓縮強(qiáng)度1.5677e+008N/mA2屈服強(qiáng)度3.95e+008N/mA2比熱47J/(kg.K)載荷和夾具夾具裝卡位置為下圖表藍(lán)色部分的8個(gè)螺栓孔夾具名稱(chēng)固定2夾具圖像夾具細(xì)節(jié)實(shí)體:類(lèi)型:固定幾何體由于電機(jī)軸受最人極限轉(zhuǎn)矩為1350N.m,換算成力為1350/(20+25)X2X1060000N有限元網(wǎng)格劃分網(wǎng)格類(lèi)型：實(shí)體網(wǎng)格所用網(wǎng)格器：標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格自

8、動(dòng)過(guò)渡：打開(kāi)光滑表面：打開(kāi)雅可比檢查：4Points單元大?。?.5nun公差:0.125nun品質(zhì)：高單元數(shù)：628750節(jié)數(shù)：889774網(wǎng)格劃分應(yīng)力-Stress分析電機(jī)軸-SmiulationXpressStudy-應(yīng)力-Stiess圖中及表中看出，靜力學(xué)分析，花鍵最大應(yīng)力ct=55.2144MPa395MPa=crv。因此此電機(jī)軸遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足其應(yīng)力要求的。位移電機(jī)lll-SimulationXpressStudy-位移-Displacement變形書(shū)#:Stndr謝k炎臭鄉(xiāng)形用比Bforaaiic&電機(jī)$fll-SimulatioiiXpressStudy-位移-Deformation安

9、全系數(shù)惓連:電機(jī)力書(shū)丼：SsnolotaanXpreszStud?玄空私t7ictoiot5areirI：WKtonMjs應(yīng)力:婁仝承滋=1Q電機(jī)軸-SimulationXpressStudy-安全系數(shù)-FactorofSafetyMax-FactorofSafety=4,510,026.50Min-FactoiofSafety=7.15由以上靜力學(xué)有限元分析電機(jī)軸應(yīng)力在8.75826e-00555.2144MPa范圍內(nèi)變化，最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力395MPa,滿(mǎn)足其應(yīng)力要求。應(yīng)變00.0110655mm范圍內(nèi)變化，其最大應(yīng)變?cè)谠试S的范圍內(nèi)，故滿(mǎn)足要求。安全系數(shù)在7.15-4,510,026

10、.50范圍內(nèi)變化，可知其系數(shù)較大可靠。離合器花鍵軸應(yīng)力分析通過(guò)簡(jiǎn)化建立一個(gè)Sohdwoiks環(huán)境下的離合器花鍵軸三維圖。材料名稱(chēng)：20C1M11T1默認(rèn)失敗準(zhǔn)則：最大vonMise應(yīng)力屬性名稱(chēng)數(shù)值單位彈性模量2.07e+011N/mA2泊松比0.25NA抗剪模量7.938e+010N/mA2質(zhì)量密度7800kg/mA3張力強(qiáng)度6.15e+008N/mA2壓縮強(qiáng)度1.5677e+008N/mA2屈服強(qiáng)度3.95e+008N/mA2比熱47J/(kg.K)約束信息夾具裝卡位置為下圖表藍(lán)色部分的8個(gè)螺栓孔載荷信息、由于電機(jī)軸受最大極限轉(zhuǎn)矩為850N.ni,換算成力為850/（20十25）X2X103

11、=37778N網(wǎng)格類(lèi)型：實(shí)體網(wǎng)格所用網(wǎng)格器：標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格自動(dòng)過(guò)渡：打開(kāi)光滑表面：打開(kāi)雅可比檢查：4Points單元大?。?.5mm公差：0.125nmi品質(zhì)：高單元數(shù)：178776節(jié)數(shù)：260537完成網(wǎng)格的時(shí)間（時(shí);分;秒）：00:00:16計(jì)算機(jī)名：LENOVO-PC有限元網(wǎng)格劃分經(jīng)過(guò)有限元網(wǎng)格劃分之后，對(duì)其應(yīng)力進(jìn)行定性的分析名稱(chēng)類(lèi)型最小位置最大位置StressVON:vonMises應(yīng)力0.00179609N/nimA2(MPa)(0.00338105mill,140.956mm，-0.00108279mill)153.284N/mmA2(MPa)(276726mm,170.927mni,2

12、4.5002mm)應(yīng)力最大處出現(xiàn)在花鍵的中間位置，最小應(yīng)力出現(xiàn)在靠近法蘭盤(pán)處，具體如下圖所示藝制麻3inula1ionHoressSHdr朗終英空肝總勇燈力更倉(cāng)比釗20765ronKisea(K?rnz2.(MT)153ZU140.53112?W114%4102.L9QB9.41T7&.45西今53.0$.322冷.Wl乙US0.002離合器花鍵軸-SmiulationXpressStudy-應(yīng)力-Stress圖中及表中看出,cr(Max-Stress)=153.284MPa395MPa因此此花鍵軸還是滿(mǎn)足其應(yīng)力要求的位移名稱(chēng)類(lèi)型最小位置最大位置DisplacementURES:合位移0nii

13、n(24.7487mm,12inm,1&5487nun)0.134707linn(13.7839mm,252.115mm,35.1331mm)位移最大出現(xiàn)在花鍵離末端51331mm處；最小位移靠近軸的起始端處。具體如圖藝卩侶麻SinuUfionKDr*35Study陽(yáng)解英土前年左峯Di2】(更釗20.?65沖乞-的1I000-03*W5(rn)l.34rb-001l.2B5-0011.12-001I.01Ow-001B.9804-002?.e$9e-002&735.-0025.S13-0024.49DeD02$.86822245*.-0021.123-002l.000e-0$0離合器花鍵軸-S

14、imulatioiiXpressStudy-位移-Displacement變形0fl経孌空吏形形（ktoimiion更&亞釗2皿.76S離合器花鍵軸-SunulatioiiXpiessStudy-位移-Deformation安全系數(shù)3muUiionKoreJSStxulx凹紹英空女全糸0Fc1oiof%f.y紅承全糸魅二L5離合器花鍵軸-SunulatioiiXpiessStudy-安全系數(shù)-FactorofSafetyMax-FactorofSafety=219.921,56,位置處于花鍵軸靠近法蘭盤(pán)處。Min-FactoiofSafety=2.58由以上靜力學(xué)有限元分析1、花鍵軸應(yīng)力在0.00179609153.284MPa范圍內(nèi)變化，最大應(yīng)力值小于屈服應(yīng)力395MPa,滿(mǎn)足其應(yīng)力要求。2、應(yīng)變00.134707mm范圍內(nèi)變化，可知其應(yīng)變?cè)诳山邮芊秶鷥?nèi)，釆用滲碳淬火處理增加軸的強(qiáng)度。3、安全系數(shù)在2.58219,921,56范圍內(nèi)變化，位置處于花