基于ANSYS的轴类零件有限元静力学分析

1、基于ANSYS的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2011-1）前言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，则有可能突然变弯，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。ANSYS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，其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的基础上对轴的承载特性进行了分析。摘要：介绍应用ANSYS软件分析轴类

2、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，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 UG NX8.5中建立该轴三维模型，通过接口导入ANSYS中。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

3、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，能够用于不规则形状，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则几何体，因此采用自动划分法进行网格划分。该划分方法能够在规则与不规则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73891，总单元数为51808，如下图所示。2.3载荷分析根据该阶梯轴的受力特点，以载荷

4、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的均布载荷，右侧键槽相对侧面施加3000N的均布载荷，并观察该轴在约束与载荷作用下的应力与变形情况。三计算结果分析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12.0553MPa，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如下图。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，能够保证其在给定载荷的情况下正常工作。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ANSYS软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，从而对轴进行承载能力研究，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.机械工业出版社，2000.