【《滚珠丝杠馈能悬架三维设计与有限元分析案例》2400字】

-4-滚珠丝杠馈能悬架三维设计与有限元分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u6283滚珠丝杠馈能悬架三维设计与有限元分析案例 137001.1SOLIDWORKS软件介绍 1138181.2馈能悬架三维设计 191141.2.1弹簧三维设计 1282421.2.2滚珠丝杠副绘制 3212001.2.3丝杠外壳设计 464251.2.4齿轮设计 5260881.2.5装配图绘制 7285881.3主要部件有限元分析 8215621.3.1滚珠丝杠副有限元分析 8270561.3.2弹簧有限元分析 10178851.3.3齿轮有限元分析 111.1SOLIDWORKS软件介绍SolidWorks是一个易于使用的基于特征、参数化和实体建模的设计工具，在windows上开发。可以创建完全相关的三维实体模型，实体之间可以存在约束关系，也可以不存在约束关系；您还可以使用自动或用户定义的约束来反映设计意图。SolidWorks软件功能强大，组件众多。SolidWorks具有功能强大、易学易用、技术创新三大特点，使其成为3DCAD解决方案的领先和主流。SolidWorks可以提供不同的设计方案，减少设计过程中的误差，提高产品质量。SolidWorks不仅提供了如此强大的功能，而且为每个工程师和设计师提供了易于操作、学习和使用的功能[30]。1.2馈能悬架三维设计1.2.1弹簧三维设计选择上视基准面，开始【草图绘制】，先画直径为168mm的圆，点击【插入】，选择【螺旋线】，设置参数为螺距19mm,圈数11.5，确定。生成如图1.1所示的螺旋线。图1.1弹簧螺旋线继续点击【插入】，选择【螺旋线】，设置参数，可变螺距，螺距13mm，圈数1，确定。生成弹簧死圈螺旋线如图1.2所示。图1.2弹簧死圈螺旋线退出草图，点击【特征】，选择【扫描】，圆形轮廓，路径选择螺旋线，圆形轮廓半径设置1.3mm。生成如1.3图所示弹簧实体。图1.3弹簧实体新建草图基准面，从弹簧末端截面圆心为下线绘制长200mm,高20mm的矩形，退出草图点击【特征】，选择【拉伸切除】，设置参数两侧对称，给定高度100，切除弹簧末端多余部分，如图1.4所示。图1.4拉伸切除另一端重复操作，切除弹簧多余部分，完成弹簧三维设计，如图1.5所示。图1.5弹簧零件图1.2.2滚珠丝杠副绘制绘制长320mm，直径12mm的凸台，点击【插入】，选择螺旋线，设置参数螺距15mm,圈数18.75，直径12mm，如图1.6所示。图1.6丝杠螺旋线点击【特征】，选择【扫描切除】，设置圆形轮廓直径1.3mm,路径选择螺旋线，点击确定，完成丝杠三维设计如图1.7所示。图1.7丝杠在丝杠的基础上画出丝杠螺母如图1.8所示。图1.8滚珠丝杠副1.2.3丝杠外壳设计在前视基准面绘制内径12mm，外径18mm，壁厚5mm的圆筒。如图1.9所示。图1.9丝杠外壳圆筒在圆筒左端新建基准面绘制法兰盘，外径27mm,内径12mm，厚度5mm，如图1.10所示。图1.10丝杠外壳把滚珠丝杠副和丝杠外壳进行装配，如图1.11所示。图1.11滚珠丝杠副装配图1.2.4齿轮设计点击设计库，【GB】，【动力传动】，【正齿轮】，生成零件，设置参数模数2，齿数14，齿轮类型C，齿厚10mm，齿轮轴直径10mm，长度30mm，点击确定生成输入齿轮如图1.12所示。图1.12输入齿轮继续点击设计库，【GB】，【动力传动】，【正齿轮】，生成零件，设置参数模数2，齿数28，齿轮类型A，轴孔直径15mm，齿厚10mm，点击确定生成输出齿轮如图1.13所示。图1.13输出齿轮画出电机的三维模型如图1.14所示。图1.14电机模型1.2.5装配图绘制电机轴和输入齿轮轴选择同轴心和重合配合，输入齿轮和输出齿轮中心距为42mm，如图1.15所示。图1.15电机齿轮装配图完成滚珠丝杠和输出齿轮装配，选择丝杠和齿轮孔同轴心配合，齿轮端面和轴端面重合配合，如图1.16所示。图1.16电机丝杠装配图完成齿轮箱壳体装配，和轴承装配如图1.17所示。图1.17滚珠丝杠作动器装配图1.3主要部件有限元分析SOLIDWORKS有限元分析应用于机械、汽车、家电、电子产品、家

具、建筑、医学骨科等产品设计及硏发。其作用是：确保产品设计的

安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料

的消耗或成本；在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟

各种试验方案，减少试验时间和经费；是产品设计硏发的核心技术[31]。有限元分析法是把一个连续的零件模型划分为很多个小块，因为对一个零件模型直接求解受力，很难得出解析解，必须用到数值求解法（有限单元法），把零件模型划分为多个小块，因为小块是有体积的，所以是有限个小块。SOLIDWORKS

Simulation

是一个虚拟测试环境，可分析您的设计，评估其性能并制定改善产品质量的决策。但是，它是如何实现的呢？在幕后，该软件采用了一种称为有限元分析（FEA）的数值技术。FEA背后的概念是在1940年代初开发的，但是当该方法在台式计算机上实现时，该方法在1980年代和90年代变得更加主流[32]。如今，FEA是一种功能强大的工具，已被许多行业的设计师广泛使用。它实际上用于解决结构，振动和热问题，然后再解决实际问题。1.3.1滚珠丝杠副有限元分析在SolidWorks软件的主界面内选择办公产品里面的SolidWorksSimulation，在算例顾问的下拉菜单中新建一个算例，类型选择“静应力分析”。（1）定义材料属性。普通碳钢：密度ρ=7800kg/m3，弹性模量E=2.1×1011Pa，泊松比μ=0.28，剪切模量G=7.9×1010Pa抗拉强度σb=399MPa，屈服强度σs=220MPa。（2）设置边界条件。为丝杠螺母添加约束。右键点击固定，选择丝杠螺母侧面。（3）添加载荷。根据设计参数，给丝杠施加的轴向载荷为7010N，转矩为1.67N·m。（4）划分网格。网格划分类型选择“实体网格”，采用中品质网格单元，单元大小为3mm，如图1.18所示。图1.18丝杠参数设置图完成上述设置操作以后，点击“运行”命令图标对滚珠丝杠有限元模型进行分析求解，就能得到静态应力、应变和位移图，结果如图1.19和图1.20所示。图1.19滚珠丝杠轴向载荷应力图图1.20滚珠丝杠轴向载荷加扭转应力图1.3.2弹簧有限元分析（1）定义材料属性。普通碳钢。（2）设置边界条件。为弹簧添加约束。右键点击固定，选择下端面固定。（3）添加载荷。根据设计参数，给弹簧施加的轴向载荷为7010N。（4）划分网格。网格划分类型选择“实体网格”，采用中品质网格单元，单元大小为3mm，如图1.21所示。图1.21弹簧网格图完成上述设置操作以后，点击“运行”命令图标对滚珠丝杠有限元模型进行分析求解，就能得到静态应力、应变和位移图，结果如图1.22和图1.23所示。图1.22弹簧应力图图1.23弹簧位移图1.3.3齿轮有限元分析（1）定义材料属性。45#钢，密度ρ=7340kg/m3，弹性模量E=2.1×1011Pa，泊松比μ=0.3，抗拉强度σb=600MPa，屈服强度σs=355MPa。（2）设置边界条件。为齿轮添加约束。右键点击固定，选择齿轮轴固定。（3）添加载荷。根据设计参数，给齿轮齿面施加的径