基于ANSYS的轴类零件元静力学分析

1、基于ANSYS勺轴类零件有限元静力学分析马超山东科技大学 交通学院,车辆工程2021-1 、/ 、.刖百轴向受弯扭的杆件在工程中的应用非常广泛. 齿轮减速器中的齿轮轴承受扭 矩的作用,如果扭矩过大,或者轴过于细长,那么有可能忽然变弯,发生稳定失效.有限元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法. ANSY软件作为一款 功能强大、应用广泛的有限元分析软件,不仅具备几何建模的模块,而且也支持 其他主流三维建模软件接口,目前在工程技术领域中的应用十分广泛, 具有限元 计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据. 文章在基于有限元分 析软件ANSYS根底上对轴的承载特性进行了分析.摘要：介绍应

2、用ANSYS件分析轴类零件在扭转载荷压力作用下发生形变量和应 力分布的情况.关键词：载荷；轴；ANSYS一问题分析求解下列图为一轴类零件结构示意图. 该零件在两个滚动轴承处受到轴向和径向约 束,左侧键槽侧面受到6000N的均布载荷,右侧键槽侧面受 3000N的均布载荷. 模型材料为钢材料,弹性模量为2 1011MPa ,泊松比为0.3.作出等效应力图和 变形图,并进行强度分析.二轴有限元模型2.1 建立轴零件有限元模型轴为左右对称结构.在Siemens UGNX8.5中建立该轴三维模型,通过接口导 入 ANSY S.该载荷轴采用Tet 10node 187单元.此单元是一个高阶3维20节点固体

3、结构单元, 每个节点有3个沿x、y和z方向平移的自由度,具有二次位移模式,主要适用于位 移、变形等方面.如果要求精度高,可较好地剖分；如果要求精度不高,由于单 元本身是高阶单元,使用稍微弱一点的网格也可行,能够用于不规那么形状,且不 会在精度上有任何损失.2.2 网格划分网格划分的过程就是结构离散化的过程,通常轴模型划分的单元越多越密 集,就越能反映实际结构状况,计算精度越高,计算工作量越大,计算时间增长. 由于轴结构属于局部不规那么几何体,因此采用自动划分法进行网格划分.该划分 方法能够在规那么与不规那么几何体之间自动切换,将单元尺寸设置为SIZE=7,得到轴承座有限元模型的总节点数为738

4、91,总单元数为51808,如下列图所示.AN5YSAPR 部 20L4Fa2.3 载荷分析根据该阶梯轴的受力特点,以载荷的形式施加到模型上,在该零件两个滚动 轴承处施加轴向和径向的位移约束,左侧键槽侧面施加 6000N勺均布载荷,右侧 键槽相对侧面施加3000N勺均布载荷,并观察该轴在约束与载荷作用下的应力与 变形情况.计算结果分析3.1 等效应力分析零件受载后的等效应力图如下.从下列图中可以看出,键槽受载侧面和轴的退 刀槽及台阶处所受应力较大,该轴所受的最小应力为 12.0553MPq最大应力为 23163.3MPa,故满足设计的强度要求.3.2 弹性变形分析轴在载荷的作用下产生的变形结果

5、如下列图.从结论可以看出,变形最明显处发生在退刀槽和左侧键槽受载侧面处.轴的 弹性形变量较小,最大形变量为0.484 10-5m,能够保证其在给定载荷的情况下 正常工作.D：3?LA：E«E；n=二ANSVSRI.T ;圉=1 net =mjKa通过应力与应变分析可知,轴的有限元模型的建立、分析结果是客观的,较 为真实的反映了轴在受载荷的作用下的承载特性,且满足设计要求.结论综上所述,本文运用力学分析方法,应用ANSY漱件对轴模型进行有限元分 析,了解其结构的应力场分布,通过仿真其工作状态,在设计阶段就可以得到轴 的弹性变形量和应力分布情况,从而对轴进行承载水平研究,为保证工程设计质 量及对现场设备的使用情况具有一定得指导意义.参考文献：1机械设计手册.机械工业出版