毕业论文联轴器的有限元分析Word文档下载推荐.docx

1、相比于齿轮传动，带传动和一系列的传动机构，传动机构耦合具有着非常特殊的功能，不是其他机制可代替的。我们需要把一根轴上的扭矩/转速用较大的轴与轴之间的夹角传送到距离比拟远，角度有可能随时变化的另外一根轴的时候，一般只可能选择联轴器传动来实现这类传送。 联轴器的种类是非常多的，而且它的使用范围也随时间慢慢变广，并且一直不断地被更新换代。如果是按照传递转矩来看的话，它可以分为大的和小的两种；如果在与速度特性一致，可分为非恒定型，准恒定型，速度型；在正常情况下，根据其没有赔偿能力的相对位移，可分为刚性、弹性联轴器，两种联轴器。其中刚性联轴器，有相对位移补偿能力，和刚性联轴器是由刚性部件，但也没有阻尼，

2、这种用在两个联轴器连接，极其严厉的对中、载荷平稳的场合下；有阻尼弹性耦合能力，适用于两个耦合的严谨在负载平衡的场合下；由于弹性耦合是一个灵活的，不仅可以弥补相对位移和阻尼功能，也可以同时为了防止传动轴系过载引起损坏的零件的平安装置。1.2有限元方法 利用有限元的方式来合理分析静或动态的物理体系便是可以叫做有限元分析。在这种方法中，一个物体或者系统可以分解为相互联系，由简单的几何模型，独立点组成便可以。这个方法内部的单独点的数目是非常有限的，所以叫做有限元。从实际的物理模型里得到的方程式应用于每点上，因此出现了一个方程组。该方程可用于求解线生成方法。但有限元分析结果的准确度是不受限制的增加的。当

3、单元的数目到达一定的高度的时候，得到解决方案，将不会提高精度，所以只有计算时间是一直不断提高的。FEA目前已被广泛应用，现在作为每年创造多达几十亿美金的根底。运用有限元分析的寻常方法，可以得到非常繁琐的应力问题的数量解。这个方法非常重要，即使是这些类仅仅论述初学级别的材料力学之类的模块，也应概述它的重要特征。 当然，不管该法是多么的效果显著，一旦当我们用这个或者相关方法的时候，电脑得出的解的缺乏之处一定要紧记心头，既解可能不定能够外表各类材质的性能，几何特征之一系列的重点变化量是怎么作用于应力。否那么的话，输进去的式错误的数据，输出的结果就会相差很大，但是作为来分析的人是很难觉出来的。所以让设

4、计直觉变得敏捷是建立模型的非常重要的作用。用户使用有限元程序，就该以这个目的来准备方法，用最多的密封的解以及实验的分析过程补充计算机仿真。 相比于现代微机里面的大量软件包，有限元的程序不那么繁琐。但是，即使这样程序的繁琐程度任然使得大多用户没有方法有效率地开场程序编写。所以可以买一些之前编程好的商用程序，而且价格适宜，由微机至超级计算机都是可以使用的。但式那些有特殊需要的用户们，不用对所需程序的编程望而生畏望而却步，可以发现，从一些课本教材里方便的编程可用作起步。大多数的有限元软件用FORTRAN处理文字，喜欢感觉更新程序用C语言编写的，或其他实时更新程序的语言。第1章 ANSYS软件及其应用

5、1.1ANSYS界面、技术种类把流动体、构造、磁/声场及耦合剖析融会在一个整体里面的超级有限元分析软件便是ANSYS。该应用型软件是由世上最大的有限元分析软件公司研发出来的，可以和多数CAD类型的软件实现对接，充分实现各类数据的分享和互换，如ALGOR/CAD的自动实现，作为一个现代产品设计的先进的CAE方法。所以它可以用在以下各领域：汽车，航空，航天，生物医学，桥梁，建筑，电子，机械，等。图1.1 翻开ANSYS 图1.2 ANSYS初始界面该应用软件大概由三块小局部组成：首先是前期处置局部，而后是剖析计算局部，最终是后期处置局部。前方的前期处置模块便利地壮大了实际物体的立体建模和进展网格划

6、分的步骤，是以我们就能够非常容易地创立出需要开场剖析的有限元模型；随后的剖析计算局部蕴含构造剖析、流动体动力剖析、磁场/声场的剖析、压电/多种物理场的耦合剖析，也可以仿制出各式各样的不同物质间的的交互的作用，具备极高的剖析和优化剖析的实力；最后面的后处理模块能够把得出的结果图用彩色的等值线表示、梯度表示、矢量表示、粒子流迹表示、立体切片表示、透明和半透明表示这种表示方法可以看到物体的构造内部等图形方式表示出来，当然，用图表、曲线形式表示出计算结果也是可以的。 该软件方便了一百种还多的单元格类型，可以用它们来模仿出工程中的各种各样的构造和材料。软件有许许多多不同的版本，可以把这些类型从个人计算机

7、到大型计算机运行多个设备。1.2分析类型1.构造静力分析用以解决外部载荷引发的位移、应力和力带来的影响。并且静力分析是非常适合求惯性力和阻尼对于构造所带来的影响不是很明显的问题。在ANSYS软件程序静态分析不仅可用于线性分析，非线性分析的是可以解决的，如塑性分析，大变形分析，分析，大应变分析和接触分析的扩展。2.构造动力学分析构造动态分析与构造或构件的功能的加载时间变化的方法解决。但是这个方法和静力分析是不同的，动力分析的过程需要考虑的是随着时间而变化的力，它也可以解决阻尼和惯性带来的影响。ANSYS工具能够解决的构造动力学的剖析的范例蕴含：瞬间的动力学剖析、模态的剖析、谐波反映的剖析和随意震

8、动的反映剖析。3.构造非线性分析改变构造的非线性响应往往导致构造或构件与外部负载和显示不成比例。ANSYS程序蕴含原料的不是线性的、几何的不是线性和单位的不是线性三个类型。4.动力学分析ANSYS应用软件也能够用来剖析超级立体柔体活动范例。运动积累起着重要的作用，可以使用此功能的繁琐复杂构造的运动特征，从而确定构造的应力，应变和变形。5.热分析可用来解决热传递中传导、对流和辐射三种类型。而且热传送的这三中范例都是能够开场进展稳定状态和瞬时状态、线性及不是线性分析的范例。同时，相变热分析可以解决模拟材料的鸣鼓和融化过程的分析能力，并且还可以解决构造应力的仿真，热构造的耦合分析。6.电磁场分析大局

9、部是用来解决电磁问题，如电感，电容，磁通密度，电场，磁场分析，应力，电路和能量损失等问题。当然，也可用在一些调节装置、发电的机器、变换的机器、电解的漕池和没有损失的检测装配等的一系列的的方案和剖析规模。7.流体动力学分析ANSYS应用软件的流动立体的单位能够用来剖析流动立体的动力学，此种的剖析范例不妨为瞬时状态或稳定状态。得出的剖析后果便是每个节点的压力和每个单位的流体速率。这些都能够使用后面的处置成效，随之发生压力、流体速率和温度大小的分布的图示。此外，我们还可以使用的单位和热流单位流体外表效应模拟在管构造的流。8.声场分析声学功能的程序，可以用来研究含流体介质中声波的传播，或在液体中浸没固

10、体构造的动态性能特性分析。所有此类成效能够用以确定声响、麦克风的频率反映，探讨音乐艺术大厅的声音场合强度的散布，或预测出水对波动中的船体的阻尼的效应。9.压电分析这种能够用来分析平面或立体的构造对交换流、直接流或随心跟着时段的变革的电流/机器载荷的响应放映出的问题。也可分析交换热器、谐振的机器、话筒之类的有关部件及别的电子设备的构造动作状态的机能。四种类型可以开场进展分析：静态分析、模态分析、瞬态响应分析、谐波响应分析。1.3处理模块1实体建模ANSYS应用程序具有两种创立实物立体模型的方法：一是从上部向下建立，二是从底部开场向上面建立。使用自上而下的方法时，实体建模作为用户要开场的步骤，首先

11、shiite定义一个模型的高级图元，来确定其先进的功能，随后该应用程序把会主动开场界说与之有关系的面，线和关键的点等。所以我们就可以使用这些先进的高级元定义直接构造几何模型。作为我们用户，不管是利用从上面向下部的法子还是从底部向上面的法子来建立模型，都可以通过布尔运算配合的数据，随之就可以创立起一个我们想要的实体模子。而作为ANSYS程序那么完整地方便了所需的布尔运算。所以在开场建立繁琐的实物立体的模型时，对线、面、体等基元的操作步骤能减少非常多的建模工作。此外，ANSYS程序也方便运输，延伸，旋转，移动和一系列的模型元素的功能。另外，还有很多的附加的功能。 2网格划分该流程便利的了利用方便、

12、较高的质量的对一些CAD模子开场进展划分出来网格的成效。划分网格是由四种方法，扩展了网格划分，网格图形，自由网格划分和网格自适应组成。扩展网格的方法是一个平面网格扩展到立体的网格。对于图像的网格划分方法允许我们用户把几何模型分解为假设干局部很简单，然后根据选择的单元属性和网格的控制权，最后生成的图像网格。而于自由网格区分器来说，它的功能是非常大的，能够对繁琐模子实行直截了当的划分，这样一来就免去我们用户对各个局部各自进展划分，然后解决组装零件生成网格不匹配的问题。对于主动适应网格划分的法子是指有了具备了临界条件的实物立体的模子后，作为我们的用户根本指示流程主动地就能够生成有限元网格，然后剖析、

13、估量网格的离散误差，继而来重新界说网格巨细，再次，分析，估计误差网格，直到误差小于我们用户定义的值或一个用户定义的要求。3载荷类型 有限元软件，外部负载是不是在分析领域一样的特性是不一样的，但大体上可分为六类：1自由度约束DOF ：对于已经给定的自由度可用的量来表示。比方，于构造剖析中的管制说的是指相对位移和与之对称的边界的条件，但热力学剖析中一般讲的是温度和热量通量的平行的边界条件。2力FORCE：讲的是指集中载荷的节点或载荷的大小的边界的实体模型。比方构造剖析里面的力以及力矩的大小，在热力剖析中的热流体速度的大小，也可以是各种磁场剖析中的电流时段。3外表负荷SURFACE LOAD：是指分

14、布载荷施加在一个平面。压力分布，如构造分析，有对流的热力学分析和热通量。4立体载荷BODY LOAD：是指一个量或在一个坚实的领域模型的负荷。例如，考虑重力，有热产生率的热分析。 5惯性载荷INERTIA LOADS：指的是因为物体的质量产生的惯性而引起的载荷。例如讲重力加速度引起的惯性力等引起的载荷。6耦合场载荷COUPIED-FIELD LOADS：这是一个特殊的负载，需要分析的结果，其结果是作为负载的一个额外的分析。例如，磁场力分析是构造分析计算的解决。第2章 凸缘联轴器2.1凸缘联轴器的简介1凸缘联轴器的概述对凸缘联轴器的话就是属于刚性联轴器的范畴之内，经过用两个带着法兰的一半的联轴器

15、用通俗的平键各自与这两个轴对接，继而再使几个螺栓将这两个半联轴器连在一起，用来传递运动和转矩。像此类联轴器一般是构造形式有两种：第一就是通过铰制孔用螺栓来完成两根轴对于通过螺栓杆担受挤压力与剪切力而来传递转矩；第二是通过一个半联轴器上的凸肩去与另一个的凹槽相互配合从而取得对中。（2）凸缘联轴器的材料、优缺点等一般耦合材料可以用灰铸铁或刚，如果是在重负荷或循环速度大于30米/秒时，应该使用铸钢或锻钢。对于中性轴的要求是很高的，但是它的主要缺点是，当两个一致的位移的存在，会有局部的恶化引起的附加载荷和工作条件。3凸缘联轴器的特点 凸缘联轴器的法兰半联轴器，使用两个平键分别于两个关键的耦合连接，完成

16、两个连接，传递转矩和运动等。对于我们平常使用来说，凸缘联轴器的构造容易，制造简单，所以前期要花的本钱分本相当少，当它发挥作用的时候却非常好用，出现毛病的时候也容易修理，并且工作的时候能够传送较多的转矩，确保精度的大小，经常使用在安稳载荷的时候，高速，高精度轴传动。法兰式联轴器是缺少纵向、轴向和角向赔偿性的能力的，行使过程中假设是没法确保精度的大小，就会减低联轴器的使用时间长短、传动的准确度和传动的效率大小，并引起振动和噪声。2.2凸缘联轴器模型 图2.1 凸缘联轴器的实体模型 图2.2 凸缘联轴器的二维尺寸图 半联轴器的外环是四个12.2mm直径小孔，半联轴器外径120mm，内直径32mm，采

17、用32mm直径轴。联轴器的转速为8500r/min，传递功率340kw 。本章将会使用静态有限元分析法计算耦合应力分布缺乏。2.3凸缘联轴器的三维模型建立首先，在三维图形软件ProE建立铰孔凸缘联轴器的半联轴器。 图2.3 新建绘图环境 图2.4 设置草绘界面一在Proe中新建一个绘图环境来放置图形，然后根据需要来设置适宜的草绘界面，便于作图，根据所用的二维图形的尺寸来开场开场图形绘制。 图2.5 拉伸一 图2.6 设置草绘界面二 开场实体拉伸一，如图2.5，需要再设置一个草绘界面，如图2.6，然后选取草绘的平面，如图2.7所示，绘制完成后开场开场实体二的拉伸，输入拉伸长度，完成拉伸。 图2.

18、7 选择将要进展草绘的平面图2.8 开场进展实体拉伸二 图2.9 选取曲面、轴或点来放置孔 图2.10 完成抽孔 开场开场抽孔，首先选取适宜的地方来放置所需的孔，输入尺寸后，完成抽孔命令。 图2.11 阵列命令各选项 图2.12 阵列示意图对所抽的孔开场阵列步骤，选取阵列各个命令，角度及个数，如图2.11所示。并开场开场阵列，如图2.12所示。 图2.13 阵列完成 图3.14 抽取中间轴开场抽取中间轴的孔，选项如图2.11所示，然后开场开场抽取。图2.15 绘制键槽平面图形 图2.16 键槽拉伸示意图 图2.17 键槽拉伸完成最后开场键槽的拉伸，选择草绘平面，先绘制完成后如图2.16所示，然

19、后开场拉伸，如图2.17所示。图2.18 凸缘联轴器半轴器完成并着色2.4对凸缘联轴器的三维图形开场有限元分析2.4.1三维图形导入ANSYS 把在PROE制图软件中已经绘制完成的三维图形，另存为IGES格式，然后来实现导入到ANSYS中的步骤。 根据三维图形软件画出来的半联轴器，在分析的过程中，四个螺钉孔分析，半面与固定侧施加一个力，外表上的槽。功率P为380kw，转矩为460 N/m，配合的轴的直径为32mm。有限元分析的过程如下各图所示。 图2.19 导入ANSYS的命令菜单 图2.20选择由PROE转化成的IGES格式的文件 图2.21 图形顺利导入ANSYS 2.4.2定义类型、材料

20、等 设置分析类型为静力分析，定义单元类型为Solid185该单元用于构造三维实体构造。单元通过10个节点来定义，每个节点有3个沿着XYZ方向平移的自由度。单元具有塑性，蠕变，膨胀，应力强化，大变形和大应变能力。 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor-Element Type-Add Edit Delete命令，翻开Element Type对话框，单击Add按钮，如图2.22所示。 图2.22 定义单元类型命令菜单 图2.23 定义单元类型为solid185 翻开Library of Element Type对话框 从中选择Solid和Tet 10Node 185选项，如图

21、2.23所示，按OK按钮，返回到上图单元类型对话框，需要点击Close按钮，关闭单元类型对话框即可，从而完毕当前单元类型的添加架。 下面开场着手定义材料的弹性模量、泊松比主菜单中选Main Menu: Preprocessor-Material Props-Material Model命令，翻开定义材料模型属性Define Material Model Behavior）窗口，如图2.24，依次单击Structural-Linear-Elastic-Isotropic,展开材料属性的树形构造。将翻开材料的弹性模量和泊松比的定义对话框，如图2.25，分别在EX和PRXY文本框中输入数值30e6和

22、0.3后，点击OK，退出定义材料模型属性的窗口，至此完成材料模型属性的定义。 图2.24 定义材料属性命令菜单 图2.25 定义材料属性弹性模量及泊松比2.4.3划分网格 Preprocessor.Meshing.Mesh Tool命令，如图2.26所示，翻开网格工具Mesh Tool）对话框，点击Line域中的Set按钮，翻开图2.27线选择对话框，选择定义单元划分数的线，选择主轴孔底座的圆周，按OK，；在图2.28控制划分网对话框的No. of element divisions文本框中输入10，点击OK；再选择Mesh域中的Volumes，点击Mesh,翻开图2.27选择体对话框，选择要

23、划分数的体，点击Pick All按钮。ANSYS会根据进展的线控制划分体，得到划分后的凸缘联轴器如图2.29所示，所以从图上可以看出，对于那些比拟容易出现应力过于集中的位置，网格的划分都是比拟细致的，这样才能够保证分析的准确程度。: 图2.26网格划分工具 图2.27线选择对话框 图2.28控制线分网 图2.29网格划分完成2.4.4施加载荷 需要进一步定义分析类型和施加载荷边界条件及其载荷，然后对其进展求解，所进展的具体步骤如下：Main Menu-Preprocessor-Loads-Analysis Type-New Analysis ，在弹出的New Analysis 对话框中选择 S

24、tatic 静力学分析。Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement-On Areas 选项对凸缘联轴器施加边界条件。 图2.30施加载荷 图2.31施加载荷大小从主菜单中选择Main Menu: Solution-Define-Loads-Apply-Structural-Displacement-on Areas就像是图2.30所表达出来的那样，选择圆的周和轴向，单击“确定,翻开“应用领域的压力对话框，在该命令下的文本框中间输入1e6的压力值，如图2.31所示，单击OK。 图2.32选取负荷对象图 图2.33显示

25、负荷从应用程序菜单中选择工具菜单：绘图的Plot-Areas得到的结果如图2.33所示显示载荷。随后立即单击“保存按钮，来保存全部的数据。至此定义边界条件施加负荷完成。2.4.5开场求解在主菜单里面找到一个“solution按钮，点击它，然后进去“ Solve按钮，然后再就是“Current LS命令，就会出现一个需要确定的对话框选项。图2.34 解决当前载荷确认步骤对话框 图2.35 开场开场求解到完成 图2.36 等值先显示节点解数据2.4.6查看求解结果 General Post proc.Plot Result.Contour Plot.Nodal Solu命令，翻开等值先显示节点解数

26、据Contour Nodal Solution Data）对话框，如图2.36所示。选择如下图的选项。 分别按照此方法显示多空连接机座在X/Y/Z/总的方向上的位移。如以下图2.37到2.40。 图2.37 X轴向的位移图 图2.38 Y轴向的位移图 图2.39 Z轴方向的位移图 图2.40 综合的位移图 按照上述查看变形的方法从主菜单项选择择，如图2.41所示，然后选择Stress，分别选择以下图所示选项，在X/Y/Z/总的等效应力分布，如图2.42到2.45所示。 图2.41 选择不同方向以查看应力 图2.42 X轴方向的应力图 图2.43 Y轴方向的应力图 图2.44 Z轴方向的应力图 图2.45 von Mi