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文档简介

1、ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域:航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。传动轴是最常件的零件,该零件结构较为简单,操作方便,加工精度高,价格低廉,因此得到了广泛的使用。目前很多传动轴都做了适当的改进,使其适用性得到了更大的提高。.本设计是基于 ANSYS 软件来汽车传动轴行分析。与传统的计算相比,借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。设置正确的模型、划分合适的网格,并合理设置求解过程,能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形

2、等结果。对零件的设计和优化有很大的参考作用。正是因为上述优点,我在本设计中运用 UG 来建立三维模型。再将此模型导入 ANSYS 软件来对其进行分析。关键词:传动轴,三维建模,ANSYS,动静态分析AbstractANSYS(finiteelement)packageisamulti-purposefiniteelementmethodforcomputerdesignprogramthatcanbeusedtosolvethestructure,fluid,electricity,electromagneticfieldsandcollisionproblems.Soitcanbeappli

3、edtothefollowingindustries:aerospace,automotive,biomedical,bridges,construction,electronics,heavymachinery,micro-electromechanicalsystems,sportsequipmentndsoon.Transmissionshaftisthemostcommonaregularpart,thepartstructureissimple,convenientoperation,highprecision,lowpricesithasbeenwidelyused.Atprese

4、nt,manyhavemadetheappropriateTransmissionshaftimprovements,ithasbeengreatlyenhancedappcability.ThedesgnisbasedonANSYSsoftwaretoTransmissionshaftbythelineofspindle.Comparedwiththetraditionalcalculation,computerbasedfiniteelementanalysismethodcanbefasterandmoreaccurateresultsSetthecorrectmodel,dividin

5、gtherightgrid,andsetareasonablesolutionprocess,analyticalmodelcanaccuratelyaccessthevariouspartsofthestressanddeormationresultsOnthepartofthedesgnandoptimizationhasgreateference.Itisbecauseoftheseadvantages,theuseofthisdesigninmyUGtocreatethree-dimensionalmodelTransmissionshaft.Thenthismodelwasintro

6、ducedbytheANSYSsoftwaretoitslineofanalysisKeyWords:Transmissionshaft,three-dimensionalmodeling,ANSYS,dynamicandstaticanalysis目录摘要-1-Abstract-2-目录-2-第 1 章绪论-4-1.1 选题的目的和意义-4-1.2 选题的研究现 X犬及发展趋势-4-1.3 传动轴知识-5-1.4 传动轴的结构特点-5-1.5 传动轴重要部件-6-1.6 传动轴常用类型.-7-第 2 章本课题任务和研究方法-8-2.1 课题任务-8-2.2 分析方法8-2.3 本课题的研究方

7、法-9-2.4 有限元方法介绍.-9-2.4.1 概述-9-2.4.2 基本思想9-2.4.3 特点-10-2.5 ANSYS 软件简介-11-第 4 章确定汽车传动轴研究对象和 UG 建模-12-4.1 确定汽车传动轴研究对象概述-12-4.2 汽车传动轴(变速箱第二轴)的 3D 建模设计-14-4.2.1 进入 UG 的操作界面-14-第 5 章汽车传动轴的有限元分析-21-5.1 有限元分析的基本步骤-21-5.2 有限元分析过程与步骤-22-5.2.1 转换模型格式-22-第六章总结和传动轴的优化设计分析-41-结论-41-参考文献-42-致谢-43-第1章绪论1.1 选题的目的和意义

8、随着计算机技术的日益普及和 FEA 技术的蓬勃发展, 人们已经广泛采用计算机有限元仿真分析来作为传动轴强度校核的方法。而传动轴向重载、高速、低噪、高可靠性方向发展,现代传动轴设计对传动系统的静、动态特性提出了更高的要求。传动轴设计的主要内容之一是传动轴。因此,建立比较精确的分析模型,准确的掌握轮齿应力的分布特点和变化规律具有重要的意义。本文采用在 UG 等 CAD 软件中建立模型,然后导入到 ANAYS 中进行分析相比,既省时省力,又克服了模型转换过程中容易出现的一些问题。根据有限元分析结果,与赫兹公式计算结果进行对比,验证了分析结果的可靠性,在保证结构安全可靠运行的条件下,提高设计制造的效率

9、,降低设计研制成本。本课题从弹性力学的基本理论出发,以传动轴的有限元分析为重点,ANSYS10.0 为软件平台,借助计算机对传动轴进行迅速、高效地强度设计分析,正应了当今市场的需求。1.2 选题的研究现状及发展趋势近年来,随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高,有限元分析方法在工程设计和分析中,已成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径。有限元作为 CAE 技术中的一种关键计算方法,自 20 世纪中叶产生以来,以其独有的魅力得到了越来越广泛的发展和应用。目前,已出现了不同形态的有限元方法,并由此产生了一批非常成熟的通用和专业的有限元商业软件。ANSYS 软件是美国 ANSYS 公司研制的融合结

10、构、热、流体、电磁场、声场和耦合场分析与一体的大型通用有限元分析(FEA)软件。其用户涵盖了核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、电子、造船、汽车交通、国防军工、土木工程地矿、水利、日用家电和教学科研等众多领域。该软件可在大多数计算机和操作系统上运行,ANSYS 文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。其基于 Motif 的菜单系统,让用户能够方便地通过对话框、下拉式菜单和子菜单进行数据输入和功能选择。另外,ANSYS 能与多数 CAD 软件结合使用,实现数据的共享和交换,如 AutoCAD、I-DEAS、Pro/Engineer、NASTRAN、Alogor 等,是现代产品设计

11、中的高级 CAD 工具之一。 在相继收购了 ICEM、 CFX、 CENTURYDYNAMICSAAVIDTHERMAL、 FLUENT等世界著名有限元分析程序制造公司并将其产品和 ANSYS-4-整合之后,ANSYS 实际上已成为世界上最通用和有效的商业有限元软件。在我国,ANSYS 软件经过多年的经营,商业版用户已达数百家,遍及各个领域,与此同时,70%以上的理工大学均用 ANSYS 进行科学研究及教学。1.3 传动轴知识传动轴是连接或装配各项配件而可移动或转动的圆形物体配件,一般均使用轻而抗扭性佳的合金钢管制成。对前置引擎后轮驱动的车来说是把变速器的转动传到主减速器的轴,它可以是好几节由

12、万向节连接。1.4 传动轴的结构特点重型载货汽车根据驱动形式的不同选择不同型式的传动轴。一般来讲 4X2 驱动形式的汽车仅有一根主传动轴。6X4 驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。6X6 驱动形式的汽车不仅有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴,而且还有前桥驱动传动轴。在长轴距车辆的中间传动轴一般设有传动轴中间支承.它是由支承架、轴承和橡胶支承组成传动轴是由轴管、伸缩套和万向节组成。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角的变化,并实现两轴的等角速传动。一般万向节十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成。斯太尔系列重型汽车使用的传

13、动轴万向节采用滚柱十字轴轴承,配合以短而粗的十字轴,可传递较大的转距。在轴承端面设有蝶形弹簧,以压紧滚柱。十字轴的端面增加了具有螺旋槽的强化尼龙垫片,可防止大夹角或大转距传递动力时烧结。传统结构的传动轴伸缩套是将花键套与凸缘叉焊接在一起,将花键轴焊在传动轴管上。而 GWB 公司的传动轴一改传统结构,将花键套与传动轴管焊接成一体,将花键轴与凸缘叉制成一体。并将矩形齿花键改成大压力角渐开线短齿花键,这样既增加了强度又便于挤压成形,适应大转矩工况的需要。在伸缩套管和花键轴的牙齿表面,整体涂浸了一层尼龙材料,不仅增加了耐磨性和自润滑性,而且减少了冲击负荷对传动轴的损害,提高了缓冲能力。该型传动轴在凸缘

14、花键轴外增加了一个管形密封保护套, 在该保护套端部设置了两道聚氨酯橡胶油封,使伸缩套内形成厂一个完全密封的空间,使伸缩花键轴不受外界沙尘的侵蚀,不仅防尘而且防锈。因此在装配时在花键轴与套内一次性涂抹润滑脂,就完全可以满足使用要求,不需要装油嘴润滑,减少了保养内容。1.5 传动轴重要部件万向节是汽车传动轴上的关键部件。在前置发动机后轮驱动的车辆上,万向节传动轴安装在变速fRHHIfRHHIi351sB*1QeWiSi(8M)n更可用肿到仰,而r平而苴配/用回福值金声st4、进入草图环境-I-I旧的条口文件款空Sitj市耳藻宛文件旧工具小旨逸吸B B徨型上星期刍动灯新自动判断DISUZBWfGFE

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17、1)建立求解域并将之离散化成有限元,即将问题分解成节点和单元。(2)假设代表单元物理行为的形函数,即假设代表单元解的近似连续函数(3)对单元建立方程。(4)将单元组合成总体的问题,构造总体刚度矩阵。瞪kLTlk.rJmLaCAlkLTlk.rJmLaCAlF FB BTMLTMLDTDT.Tl+:2i.Tl+:2i! !66嗝人员工回即神启动彼*网TaaicnlTaaicnl:idiidiL Lfliyw1fliyw11 1111grmIEx;Lqc111grmIEx;Lqc r r白FDFIFDFIT T+ +E EJkJktcritcriS SJWJWE.8E.855H5(nsaWtU3H

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20、hoiHtsiOiDpt田FxubIJFxubIJlf-talf-taI I旃田H H didiOpt团RmiTiRmiTi SlSl .ts.tsBS Sw wDDE-diIDDE-diI r rB BTinisixTinisix3、ANSYS 分析目录一旦设定好, 以后 ANSYS 软件操作所产生的所有文件都将存放在此目录下,建议对不同的分析用不同的工作目录,这样可确保每次分析所产生的文件不会覆盖的危险。如果没有指定工作目录,默认的工作目录为系统所在盘的根目录。工作目录设置方式有两种:在进入 ANSYS 软件之前通过入口选项所进行的设置;进入 ANSYS 软件后,可通过如下方法实现:命令方

21、式:在命令输入窗口中输入/CWD,DIRPATH(重新指定的工作目录);GUI 方式:UtilityMenuChangeDirectory,在弹出的对话框中填入指定的工作目录,单击【确定】按钮。如图所示。廿用SHian* *PWSPWSJtHWTEfill11iJtHWTEfill11ifilTKT-nKKitfilTKT-nKKiti ifefei i*1y*1yV V nnnnEeEeallEslttlallEslttl口1111口4L4LFIFIM MG GW W1+1+f4clTtauT4-I|rf4clTtauT4-I|jarwi.l4Ttagirljarwi.l4T . .Exit

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25、 2.14 所示的对话框中框中选取某个选项使以后出现的图形界面中过滤掉与选定分析选项无关模块的内容,本书主要讲述结构分析,因此选取 Structural 结构)1 1 ftl.uftl.u七Ril.JlatFlrltrlxRil.JlatFlrltrlx日cakFlui.FxcakFlui.Fx uwt-irKUihcr-aH-iiyDC-LrlTJCelpuwt-irKUihcr-aH-iiyDC-LrlTJCelp1迎smja-anliwaralH HFxH|HFxH|H:33Svlvli-asSvlvli-as0 0Gaii.Gaii. ral?*Elprral?*ElprDCDCTaH

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27、MainMenuPreprocessorElementT/Add/Edit/Delete 命令,弹出日 ementTypes(单元类型)对话框,如图所示。KK3SVtLELmKK3SVtLELm口u u因I I一, -26-如果想改变单元的其他输入选项(即上文提及的 KEYOPTs)单击【Options-】按钮。出现如图所示的 elementtypeoptions(单元类型选项)对话框。确定后单击OK按钮,如有需要了解各设置的具体说明,可查看 ANSYS 帮助文件。返回到如图所示的对话框后单击【Close按钮,结束单元类型的添加7、定义材料属性单击 MainPreprocessorMateri

28、alPropsMaterialModels 弹出定义材料属性对话框如图所示, 填入 EX:2.06e5、PRXY:0.3,在 Structural 下单击 FrictionCoefficient 弹出如图所示对话框,填入Mu:03,至此材料属性定义完成,下一步进入网格划分。8、网格划分实体建模的最终目的划分网格以生成节点和单元, 生成节点和单元的网格划分过程分为两个步骤:(1)定义单元属性;(2)定义网格生成控制并生成网格。出力士KhisifaaxKhisifaaxvpr-icvaavE-vpr-icvaavE-ElMi-fcblElMi-fcblTfTf* *BvilCm-LukaBvilC

29、m-Luka“ ShSh好事E*diE*diE E口*$*0 0-28-日FrFr pra-rBKinrpra-rBKinr国Tjrp*Tjrp*ElEliEiE alalC CDHSDHStuituiH H口BcilwivJIFBcilwivJIF”g g田Libr*rpLibr*rpTMjiHrTMjiHrBlv*Blv*T THEHEt tB B1111卓已1 1:7 7电“U U: :i i口CfCfttULFULFT TB BChagChagI IM MVailu-vCriil-iiriVailu-vCriil-iirin nB BVralVral曹tvFiltvFil曦B BJLa

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