Solidworks 2023三維設(shè)計及應(yīng)用教程 課件 7.2 高速軸設(shè)計

歡迎學(xué)習(xí)計算機三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實踐7.2.1彎扭組合階梯軸強度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計7.2.4動車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進行軸靜強度分析：掌握加載區(qū)域分割，軸承約束、扭矩添加進行疲勞強度分析：掌握疲勞分析原理、恒幅和變幅載荷壽命預(yù)測。進行軸的模態(tài)分析：掌握材料、約束和載荷復(fù)制/粘貼，頻率、振型分析7.2.1階梯軸強度校核一高速軸扭矩T=7000N.m，圓周力Ft=5000N，徑向力Fr=1840N，軸向力Fa=700N，試對該軸進行靜強度、剛度、疲勞強度和模態(tài)分析。1.軸的靜強度和剛度校核（1）分割加載區(qū)域（2）局部網(wǎng)格細(xì)化（3）施加軸承約束（4）施加工作載荷（5）靜強度校核（6）彎曲剛度校核靜強度校核：避免瞬時過載，塑性變形剛度校核：避免剛度不足，變形過大（1）分割加載區(qū)域（2）局部網(wǎng)格細(xì)化（3）施加軸承約束（4）施加工作載荷（5）靜強度校核可見最大應(yīng)力為246.2MPa，該值小于45鋼的屈服極限（280MPa），軸不會發(fā)生塑性變形。（6）彎曲剛度校核可見最大彎曲變形為0.2779mm，該值小于軸的撓度許用值（[f]=0.5mm），軸彎曲剛度合格。2.軸的疲勞強度分析（1）疲勞分析基礎(chǔ)（2）S-N曲線添加（3）恒幅疲勞事件（4）變幅疲勞事件軸通常所受的載荷是變化的，因此以疲勞強度分析為主。應(yīng)力比率r=最小應(yīng)力/最大應(yīng)力對稱循環(huán)r=-1，脈動循環(huán)r=0（1）疲勞載荷類型恒幅載荷變幅載荷（2）設(shè)定S-N曲線在已知應(yīng)力比R下的疲勞損傷極限Se及S—N曲線的斜率K，可根據(jù)S-N曲線確定應(yīng)力Smax情況下達(dá)到疲勞損壞的次數(shù)Ni。（3）恒幅疲勞分析可見，軸最短壽命為19.55萬次。1)選定恒幅疲勞2）設(shè)置載荷屬性3）添加恒幅事件4）分析預(yù)測結(jié)果（4）變幅疲勞分析可見，最短壽命是610.1個譜塊。1)選定變幅疲勞2）設(shè)置載荷屬性3）添加恒幅事件4）分析預(yù)測結(jié)果3.軸的模態(tài)分析

軸是彈性體，旋轉(zhuǎn)時由于軸和軸上零件的材料不均勻、制造有誤差或?qū)χ胁涣嫉?，就要產(chǎn)生以離心力為表征的周期性的干擾力，從而引起軸的彎曲振動。如果這種強迫振動的頻率與軸的彎曲自振頻率相重合時，就出現(xiàn)了彎曲共振現(xiàn)象。因此，有必要對軸進行模態(tài)分析。尋求結(jié)構(gòu)振動特性（固有頻率和主振型）以便更好地利用或減小振動。（1）復(fù)制材料（2）復(fù)制約束（3）一階振型（4）固有頻率（1）復(fù)制材料（2）復(fù)制約束（3）一階振型如圖，模式1的頻率為1185.1Hz。（4）固有頻率小結(jié)簡要分析加載區(qū)域、軸承約束、扭矩的添加方法介紹了材料、約束等復(fù)制/粘貼方法介紹了疲勞壽命預(yù)測的步驟和原理：選類型、設(shè)屬性、添事件、看結(jié)果介紹了模態(tài)分析的原理和步驟作業(yè)上機練習(xí)軸類零件的靜強度、疲勞強度和模態(tài)分析。機電工程學(xué)院商躍進歡迎學(xué)習(xí)計算機三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實踐7.2.1彎扭組合階梯軸強度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計7.2.4動車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進行彈簧剛度分析：掌握強迫位移施加，列舉約束反力和剛度確定方法。進行彈簧強度分析：掌握復(fù)制算例、最大載荷施加方法、應(yīng)力選取方法，強度評價原則。進行彈簧穩(wěn)定性分析：掌握屈曲分析過程、屈曲載荷確定方法。7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計

已知某彈簧簧絲直徑d=41mm、彈簧中徑D=220mm、工作圈數(shù)n=2.9圈、自由高H0=256mm，承受的最大載荷Pmax=43kN。設(shè)計剛度[Kv]=925N/mm，許用應(yīng)力[τ]=750MPa。

試對其剛度、強度和穩(wěn)定性進行校核。1.剛度分析

基本思想：根據(jù)彈簧剛度的定義，得彈簧剛度CAE分析的基本思想：彈簧一端固定，另外一端施加單位位移，所得固定端支反力即為彈簧剛度。（1）下支撐圈固定

可見約束反力為931N，即彈簧剛度為931N/mm。與設(shè)計剛度925N/mm接近，彈簧剛度合格。（2）上支撐圈單位位移（3）查看約束反力2.強度分析

基本思想：彈簧一端固定，另外一端施加最大撓度（fmax=Pmax/Kv=43000/931=46.2mm），所得應(yīng)力即為彈簧最大應(yīng)力。（1）下支撐圈固定可見vonMises應(yīng)力為921MPa，則當(dāng)量剪應(yīng)力為921MPa/2=460.5MPa，小于材料的許用應(yīng)力（750MPa），彈簧強度合格。（2）上支撐圈最大撓度（3）查看最大應(yīng)力3.穩(wěn)定性分析

基本思想：彈簧一端固定，另外一端施加單位位移，進行屈曲分析確定位移屈曲因子乘以彈簧剛度即為臨界載荷。（1）下支撐圈固定（3）查看臨界撓度（2）上支撐圈單位位移臨界載荷Pc=99.904×1.0×931/1000=93.1kN>Pmax=43kN，彈簧的穩(wěn)定性合格。小結(jié)介紹了彈簧剛度計算步驟和原理：加單位位移，看約束反力介紹了彈簧強度設(shè)計步驟和原理：加最大撓度，看最大應(yīng)力介紹了彈簧屈曲載荷的確定方法：加單位位移，看臨界撓度作業(yè)上機練習(xí)動車組軸箱彈簧的剛度、強度及穩(wěn)定性分析。機電工程學(xué)院商躍進歡迎學(xué)習(xí)計算機三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實踐7.2.1彎扭組合階梯軸強度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計7.2.4動車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進行齒輪彎曲強度分析：掌握模型簡化方法，無穿透接觸施加方法。進行齒輪接觸強度分析：掌握接觸壓力等獲取方法。進行過盈配合分析：掌握過盈量的設(shè)定方法，冷縮配合的使用方法。7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計

1.彎曲強度分析：為了保證在預(yù)定壽命內(nèi)不發(fā)生輪齒斷裂失效，應(yīng)進行齒根彎曲強度計算。2.接觸強度分析：為了保證在預(yù)定壽命內(nèi)齒輪不發(fā)生點蝕失效，應(yīng)進行齒面接觸強度計算。3.過盈配合分析：齒輪與軸的連接方式采用圓柱面過盈配合時要進行裝配應(yīng)力和傳遞扭矩的計算。1.嚙合強度分析

為了保證在預(yù)定壽命內(nèi)不發(fā)生輪齒斷裂失效和點蝕失效，應(yīng)進行齒根彎曲強度和接觸強度計算。（1）齒輪嚙合模型建立（2）齒輪嚙合關(guān)系設(shè)定（3）齒輪邊界條件施加（4）齒輪彎曲強度評定（5）齒輪接觸強度評定（1）齒輪嚙合模型建立

（2）齒輪嚙合關(guān)系設(shè)定

（3）齒輪邊界條件施加

（4）齒輪彎曲強度評定

（5）齒輪接觸強度評定

誤差為6.9％。3.過盈配合分析

齒輪與軸的連接方式采用圓柱面過盈配合時要進行裝配應(yīng)力和傳遞扭矩的計算。（1）過盈配合建模（2）裝配關(guān)系設(shè)定（3）過盈配合分析（1）過盈配合建模過盈配合φ60H7/r6，過盈量=0.00516~0.04696mm（2）裝配關(guān)系設(shè)定（3）過盈配合分析觀察徑向應(yīng)力觀察接觸壓力小結(jié)介紹了齒輪嚙合分析方法介紹了無穿透接觸使用方法介紹了冷縮配合使用方法作業(yè)上機練習(xí)齒輪嚙合強度分析和輪軸過硬配合強度分析。機電工程學(xué)院商躍進歡迎學(xué)習(xí)計算機三維輔助設(shè)計結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)構(gòu)強度分析是零件安全工作的保護神。7.1快速入門7.2應(yīng)用實踐7.3優(yōu)化設(shè)計7.4多場協(xié)調(diào)7.2應(yīng)用實踐7.2.1彎扭組合階梯軸強度校核7.2.2圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計7.2.3直齒圓柱齒輪強度設(shè)計7.2.4動車組車體碰撞分析學(xué)習(xí)目標(biāo)進行車體碰撞分析：掌握跌落分析的步驟和應(yīng)用方法。7.2.4動車組車體碰撞分析

以100m/s（相當(dāng)于360km/h）的速度沿軸向運動的鋁圓柱桿，碰撞固定邊界，模擬動車組車體碰撞剛性墻。計算桿件的反應(yīng)的時間函數(shù)，并求出桿件最小長度。桿件采用鋁合金制作，滿足具有硬化同向性的vonMises塑性模型。1.