【《某模切机主轴结构的应力仿真探析案例》1800字】

某模切机主轴结构的应力仿真分析案例1.1达索SolidWorksSimulation软件介绍图1.1装配体在达索SolidWorksSimulation界面中1.2主轴的应力分析准备在进行一个应力仿真分析前，需要选择好各种零件的材料以及确定好各个零件的数量，然后添加模型，确定边界条件和载荷。如图1.2所示可以清晰知道各个零件的部署和位置关系，各个零部件所处位置也能较为清晰的反映出来。表1.1装置零部件的材料属性序号零件名称材料名称抗拉强度MPa弹性模量GPa泊松比备注1主轴铸造合金钢3901950.27无2底座45#5902100.45无3动平台45#5902100.45无4静平台45#5902100.45无5连杆45#5902100.45无6水平导轨45#5902100.45无7垂直导轨45#5902100.45无8水平滑块45#5902100.45无9垂直滑块45#5902100.45无10M6螺栓45#5902100.45无11M12螺栓45#5902100.45无根据前面的运动仿真分析可以得到模切机的主轴在运行时两端轴端的极限状态力的大小为F=2096.44/2=1048.22N。根据这个力作为主轴的载荷条件来进行应力分析。1.3主轴的有限元分析1.3.1分析步骤双击电脑桌面上的达索SolidWorks，选择Simulation插件，在操作命令区选找到新建算例，然后选择静应力分析。可以看到如图1.2所示界工作界面。由于需要详细观察到轴的应力分布，因此不需要使用2D简化。图1.2达索SolidWorksSimulation的工作界面本次设计采用的材料是球墨铸铁属于铸造合金钢[23]，因此在设置主轴材料属性时，打开材料属性窗口，在合金材质栏下找到铸造合金钢，点击应用选项，主轴材料设置好，这将可以为下一步运算提供初始的材料属性参数。图1.3达索SolidWorks材料库界面如图1.4所示的界面。为了将主轴的两端轴端进行应力分析，需要将主轴进行夹取固定，在Simulation设计树下选择夹具，右击鼠标添加夹具，选择主轴中间的圆柱面进行夹取固定。固定该轴面可以观察出轴端两端在施加扭矩时应力的分布。图1.4对主轴进行固定几何体设置如图所示，对主轴两端的轴端施加大小为1048.22N的扭矩，方向为逆时针。图1.5对主轴进行固定几何体设置1.3.2网格划分网格划分作为仿真前处理的最后一项任务，这一步能够将三维的几何模型转化成有限元模型，即将一个完整的模型进行离散化。这种利用有限元模型从整体性分析到局部性分析[24]，能够在运算中更加精准地分析所研究的零件。网格的粗细对于仿真的精度影响特别大，为了保证精度和快速得到仿真数据结构，如图1.6所示，设置了较为良好的网格，网格分布较为均匀，可以在精度为±0.1%的基础上得到所需要的仿真数据。图1.6对主轴进行网格划分设置图1.7主轴网格划分结果网格划分完成之后，写一步就是进行对模型的数值求解。数值求解部分在结构树中运行此算例分支进行。在点击运算此算例后，得到了此次仿真分析的三个结构，分别为：表1.1达索SW仿真结果类型应力图示（VonMises）位移图示（合位移）应变图示（等量）在应力结果中，由图1.8所示，可以得到在主轴两边轴端扭矩为1048.22N时主轴的应力分布情况，计算得到主轴所受屈服力为：2.413*108N。而主轴在该应力下变形比例为177995。图1.10主轴应力分布图1.11主轴应变载荷分布1.3.4疲劳分析静应力分析结果可作为疲劳分析的基础。疲劳分析中，我们假定物体在运行时经常处于不断加载和卸载工作载荷的过程，这种工况会导致机器即使承受在允许范围内的应力，它也会被损坏。疲劳强度是在一定周期内发生疲劳失效时的应力。这种疲劳分析是基于应力-寿命(S-N)疲劳分析[25]。对给定的疲劳曲线，选择ASME基碳钢曲线。如图所示，给定应力的交变频率为1000。图1.12主轴疲劳分析的N-S曲线设置图1.13添加疲劳分析事件 由图4-13所示，在扭矩施加下，以频率1000的疲劳条件下，在主轴的连杆轴颈处较容易出现疲劳，但在该处的疲劳损坏百分比最大为316.6%，满足设计要求。图1.13主轴疲劳分析的损坏结果图 经过频率为1000的疲劳条件下，主轴的生命周期在500200h左右，其他载荷（屈服力）的影响较小。脉动压力引起的vonMises应力变化大约是201Mpa。图1.14主轴疲劳分析的生命周期分布同样，进行主轴部件的静应力和疲劳分析后，以同样方式对其他各部件进行对应的应力仿真，根据仿真计算可知：各零件最大应力见下边。表4-2各零件仿真应力结果序号零件名称材料强度MPa仿真最大应力MPa最大应变正确性备注1主轴390110.23%0.050符合要求2底座590123.90%0.005符合要求3动平台5905.1222%0.003311符合要求4静平台5909.1399%0.004253符合要求5连杆5908.1396%0.007522符合要求6水平导轨5900.5325--符合要求7垂直导轨5902.993--符合要求8水平滑块5901.6794--符合要求1.4模切机的爆炸图对于在机械设计过程中，可以通过展示装置的爆炸图，方便地看出各个零件位置以及更清晰地了