【《基于ANSYS Workbench某机器人RV减速器有限元静力学分析案例》2100字】

基于ANSYSWorkbench某机器人RV减速器有限元静力学分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u32385基于ANSYSWorkbench某机器人RV减速器有限元静力学分析案例 1294771.1ANSYSWorkbench功能说明 1271861.2曲柄轴的有限元分析 2281751.2.1建立分析项目 2121861.2.2导入创建实体 3110081.2.3添加材料库 4170041.2.4划分网格 4169641.2.5边界条件设置 519431.2.6定义载荷 6254671.2.7求解与结果分析位移云图 774001.3行星轮接触的有限元分析 8223381.3.1划分网格 8190771.3.2边界条件设置 9182331.3.3定义扭矩 10218421.3.4接触定义 10182631.3.5求解与结果分析 111.1ANSYSWorkbench功能说明ANSYS是一种数值分析软件，关于ANSYS分析的主要功能是对以下三项进行分析的：1.是对固体结构的力学分析结构，2.对虚拟的电磁场进行分析，3.对温度场温度数据分析。分析的方法主要有有限元分析法，在此同时包括有限体积分析法和网格分化法。根据不同的分析方向，此软件给出了许多的分析系统方法。我所做的是基于ANSYS16.0进行的分析，所涉及的分析块在WORKBENCH的工具箱中（如图6.1）为他的工具箱选项。图1.1Workbench工具箱由于本设计只涉及在ANSYSWorkbench中的静力学分析所以只用staticstructural进行分析，故其他功能就不多赘述了。静力学分析模块是由线性分析模块和非线性分析模块组成的，然而在这个模块中又由三个小模块组成他们分别是：几何非线性模块，材料非线性模块，边界非线性模块三个。也就是我们材料力学中所说的压杆稳定。是由我们对其确定零件的临界载荷，并得到应力云图。这都属于静力学范畴。ANSYSWorkbench静力学分析的基本操作顺序有：导入画好的三维模型→设置所分析零件的材料参数→划分所需要的网格大小→施加载荷和载荷的作用点→设置相互的作用约束→对仿真结果进行分析。1.2曲柄轴的有限元分析根据前几章的参数化的结构设计，得出了曲柄轴个部分的受力的大小、受力点及零件接触点，基于ANSYSWorkbench的静力学分析，得到相应的等效应力及零件的总变形情况。根据以上分析弹性模量为208GPa，泊松比设置为0.3，密度为7830kg/m3的材料定义为GCr15，如图1.6所示，整个模型有83999个单元，90866个节点，为了使网格更合理，采用了六面体单元(C3D8R)。然后进行受力点的设置及零件的位置约束经过软件的运算得出相应云图，然后经过对比得出分析结果。6.2.1建立分析项目在电脑系统找到相应程序→启动ANSYSWorkbench16.0进入操作主界面→找到“StaticStructural”(静力学分析)命令→把“StaticStructural”模块拖入“项目管理区”创建项目如图1.2所示图1.2项目管理1.2.2导入创建实体右击A3栏的“Geometry”→弹出“ImportGeometry”选择“Browse”的命令（如图1.3）→找到相应分析零件实体如图1.3所示[12]：图1.3导入三维模型1.2.3添加材料库双击项目A中的A2的“EngineeringDate”进入材料设置界面如图1.4→选择零件的材料40Cr添加完成图1.4设定零件材料1.2.4划分网格先进行整体网格划分，之后使用局部细化方法对接触面处的网格进行细化处理，以便于求解收敛。操作如下：选中Mechanical中的“Mesh”设置网格参数为0.005如图1.5→右击“Mesh”选项并点击“GenerateMesh”命令如图1.6图1.5图1.6网格划分1.2.5边界条件设置由曲柄轴的工作状态可分析得约束轴承座处五个自由度（除绕Y的转动自由度）具体步骤如下：选中Mechanical界面的“Outline”中的“StticStructural”命令，→选择“Environment”工具栏中的“Supports(约束)”-“FixedSupport(固定约束)”命令如图1.7。选中所需的约束面如图1.8。1.7约束命令图1.8约束选择1.2.6定义载荷按照示意图，在偏心轮处施加载荷，由于轴承座处约束，存在返力，不额外施加载荷。具体步骤如下：选中“Force"命令，在“DetailsofForce””(参数列表)面板中→此时在“Geometry”栏中显示“1Face”，表明一个面已经被选中;在“DefineBy”-“Magnitude”栏中输入“相应作用力[12]。如图6.96.9添加力矩1.2.7求解与结果分析位移云图根据以上操作，生成如下位移云：图1.10等效应力图，图1.11总变形云图图1.10等效应力`图1.11总变形图1.12等效应力应力云图：最大应力小于屈服强度785MPa由以上应力云图可知：作用在曲柄轴上的各个恒定外载荷是的输出轴的应力集中，这是符合截面积越小应力就越大的理论，由云图上显示可知在应力集中部分最大应力小于屈服强度785MPa，这与前期结构设计的理论校核相吻合。由此可以得知本结构设计合理。1.3行星轮接触的有限元分析根据参数化设计计算所得的行星轮各个部位受到的力的大小，经验可知由于齿轮啮合处产生应力集中所以就对于说设计的减速器的行星轮齿轮接触位置进行了有限元的静力学分析。用来判断所设计结构及选用材料是否合理[11]。将模型导入ABAQUS中，定义的材料为20Cr,弹性模量206GPa，泊松比0.3，密度7890kg/m3，详见表5-1,整个模型共有73999个单元，80866个结点，为了使网格更加合理。由于上个分析已将操作步骤细化，所以本分析将直接给予分析结果。1.3.1划分网格先进行整体网格划分如图1.13、1.14，之后使用局部细化方法对接触面处的网格进行细化处理，以便于求解收敛。1.13网格划分1.14接触部位网格细化1.3.2边界条件设置对行星齿轮的约束：约束齿轮内圈的六个自由度如图1.15。图1.15约束部位1.3.3定义扭矩约束输入轴如图1.16，约束除绕Z轴转动自由度以外的五个方向的自由度，并在绕Z轴转动方向施加扭矩11300N.mm。图1.16对输入轴约束1.3.4接触定义由于两齿轮为线接触，所以定义两齿轮接触的位置如图1.17。图1.17设置接触定义1.3.5求解与结果分析由以上设置得出以下位移云图总变形量如图1.18总变形、1.19等效应力云图、1.20接触部位总变形细节。图1.18总变形图