【《某中耕施肥机关键构件仿真分析与样机制造分析案例》2600字】

某中耕施肥机关键构件仿真分析与样机制造分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u5516某中耕施肥机关键构件仿真分析与样机制造分析案例 154651.1软件介绍 1109361.2关键部件的有限元分析 181201.2.1承重轮轴的有限元静力学分析 118091.2.2驱动轮的有限元静力学分析 433121.2.3主机架的有限元模态分析 6232311.3样机加工与制造 91.1软件介绍ANSYS软件作为一款工业仿真软件，其利用强大的有限元法在工业机械的结构分析（包括强度分析、屈曲分析与特征值分析）中占有主导地位，目前在工程设计和仿真模拟上被广泛推崇应用[53,54]。有限元法的基本原理是将整个工件划分为有限数目个有特定形状的单元，这些单元之间通过节点相互相连，通过求解域网格上若干规则单元的计算问题，解决了复杂截面的结构分析问题，使得复杂问题简单化，提高了计算效率。其优势在于各单元的形状规则简单，可以在节点处建立各小单元之间的应力和能量关系方程，再将单个节点的方程整合组成构件总体的方程组，由此可以在边界条件的约束下得出方程组的解[55]。1.2关键部件的有限元分析本节首先采用ANSYS软件其中的结构静力学分析功能对履带芯轴和驱动轮进行静力分析，完成其在工作状态下的强度校核；再通过模态分析得出主机架装配体的多阶振荡频率，为避免共振的发生提供理论参考[56]。1.2.1承重轮轴的有限元静力学分析（1）承重轮轴材料定义及网格划分本设计中有两个承重轮轴，但其结构、材料和受力情况均相同，故为节省资源与时间，选取其中一个进行分析即可。承重轮轴长190mm，最细处的直径为16mm，材质为45号钢，通过SolidWorks软件对其进行绘制建模后，另存为Parasoild(*.x_t)格式导入ANSYS软件中进行静力分析。首先在workbench材料库中添加45号钢参数:密度7.85g/cm3,泊松比0.269,杨氏模量209000MPa.如图1.1所示。图1.1添加材料参数图Fig.1.1addingmaterialdiagram下一步是进行有限元网格的划分，其类型有：自由网格划分(FreeMesh)、扫略法网格划分(Sweep)以及映射网格划分(MappedMesh)三种。其中，自由网格划分的自动化程度较高，该网格划分法能够自动使体生成四面体网格[57]，使面生成三角形、四边形网格。采用该方法划分简单方便，常用于对于结构简单的模型。因此，在此次对承重轮轴单元格划分时就采用了自由网格划分方法，生成的网格模型如图5-16所示。划分后的轴一共生成48713个单元，205939个节点。图1.3网格模型图Figure1.3gridmodel（2）承重轮轴受力分析和施加载荷通过对履带行驶装置工作过程及其原理进行分析可知承重轮轴的受力情况为：轴通过轴承与承重轮配合，相邻两段与机架连接，以此承载机具的全部重量，大小为800N。因此在施加载荷时，将轴与轴承配合段（图中A段）固定，限制轴x、y、z三个方向的自由度。之后根据上文计算的承重轮轴的受力情况，在B、C段加载两个平行向下的力，重力合力为800N，方向沿Z轴，如图1.4所示。对承重轮轴施加相应的载荷之后，点击Solve对承重轮轴模型进行有限元静力求解。图1.4连接轴受力加载Fig.1.4forceloadingofconnectingshaft（3）承重轮轴有限元计算及结果分析对履带芯轴进行有限元求解后，通过后处理器查看结果，分别得到总变形图1.5和等效应力云图1.6，可以看到承重轮轴受力后的变形和应力集中部位。图1.5中表现了承重轮轴的形变情况，从图中可知，履带芯轴最大变形出现在轴的两端，最大总变形量为0.00064mm，变形量很小，不会对轴的正常工作产生影响，故设计满足要求。图1.5履带芯轴总形变Fig.1.5totaldeformationofconnectingshaft通过对等效应力云图1.6分析可知：承重轮轴的最大应力集中在配合轴承段与机架连接处之间，最大应力值为5.5045MPa，符合45号钢的屈服极限要求：小于355MPa。图1.6等效应力云图Figure1.6cloudchartofequivalentforce1.2.2驱动轮的有限元静力学分析（1）驱动轮材料定义及网格划分本设计中的驱动轮材质为45号钢，材料定义过程如上节所示，此处不再重复。在此次对驱动轮单元格划分时不同于履带芯轴自由网格划分的方法，而是使用了生成的网格模型如图1.7所示。划分后的轴一共生成471665个单元，1875638个节点。图1.7网格模型图Figure1.7gridmodel（2）驱动轮受力分析和施加载荷通过对履带行驶装置工作过程及其原理进行分析可知驱动轮的受力情况为：驱动轮通过键与主动轴链接并传递动力，其拨齿与履带板接触并传递驱动力，以此带动各节履带使得机具能够行驶。因此在施加载荷时，将驱动轮中心（图中B处）固定，限制打塘轴x、y、z三个方向的自由度。之后根据上文计算的驱动轮的受力情况，在拨齿与履带板的接触面（图中A处）加载一个载荷，如图1.8所示。力的大小为800N，方向垂直接触面并指向内侧。对驱动轮施加相应的载荷之后，点击Solve对驱动轮模型进行有限元静力求解。图1.8驱动轮受力加载Fig.1.8forceloadingofconnectingshaft（3）驱动轮有限元计算及结果分析对驱动轮进行有限元求解后，通过后处理器查看结果，分别得到总变形图1.9和等效应力云图1.10，可以看到驱动轮受力后的变形和应力集中部位。图1.9中表现了驱动轮的形变情况，从图中可知，最大变形出现在拨齿的顶端，最大总变形量为0.0105mm，变形量很小，不会对驱动轮的正常工作产生影响，故设计满足要求。图1.9驱动轮总形变Fig.1.9totaldeformationofconnectingshaft通过对等效应力云图1.10分析可知：驱动轮的最大应力集中在轴与驱动轮进行键连接处，最大应力值为25.815MPa，符合45号钢的屈服极限要求：小于355MPa。图1.10等效应力云图Figure1.10cloudchartofequivalentforce1.2.3主机架的有限元模态分析（1）主机架材料定义及网格划分主机架设计采用的材料为Q253，在workbench材料库中添加Q235的参数:密度7.85g/cm3,泊松比0.25,杨氏模量206000MPa.如图1.11所示。图1.11添加材料参数图Fig.1.1addingmaterialdiagram对主机架的单元格划分采用自由网格划分的方法，划分后的轴一共生成1100136个单元，1819952个节点。如图1.12所示。图1.12网格模型图Figure1.12gridmodel（2）六阶模态分析接下来对机架的前六阶振动模态进行仿真分析，判断其在发动机额定转速及怠速状态下是否发生共振。设置部件间的联接方式为全局接触，定义发动机为远程质量，刚性连接到上机架上，并设置上机架为固定约束做为频率分析的边界条件。如图1.13所示。a.一阶模态b.二阶模态c.三阶模态d.四阶模态e.五阶模态f.六阶模态图1.13机架各阶模态下的URES合位移图解Fig.1.13URESdisplacementofenginecarrierunderModaltypes解得机架的前六阶振动模态，如表1.1所示。表1.1机架的前六阶振动模态Table1.1Thefirstsixvibrationmodesoftheframe模态阶数频率（Hz）变形类型振动最大幅值（mm）160.204弯曲0.41632142.85弯曲0.65873156.19弯曲0.91324264.66弯曲0.95765312.64弯曲0.97846336.86弯曲1.0372为了避免产生共振，需要计算发动机在额定转速时产生的振动频率，计算公式如下：f=Mn/60（3-1）式中：f—振动频率，（Hz）M—缸体数目，此处为1；n—发动机额定转速，（r/min）。由2.8