基于Simulation传动轴的分析与研究

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基于Simulation的高速齿轮轴有限元模态分析

提供了有一定的参考价值和指导意义。关键词：高速齿轮轴；ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；动力学特性；共振中图分类号：ＴＨ１３２．４１文献标识码：Ａ
文章编号：１００７ — ８３２０（２０１３）０７ — ００８６ — ０２
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ４５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｉｇｈ — ．ｓｐｅｅｄｇｅａｒｓｈａｆｔｂａｓｅｄｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓＳｉｍｕｌａ．．
Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｇｅａｒｓｈａｆｔｂａｓｅｄｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｌ ⅣＧＧｅｎｇ
（郑州大学机械工程学院，河南郑州４５０００１）
摘
要：通过模态分析软件ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ对高速齿轮轴进行有限元模态分析，的有限元模型，将有效预估高速齿轮轴的振动特性。分析其结果表明，该高速齿轮轴的前２阶、３阶固有频率与齿轮啮合频率接近，齿轮轴将发生共振。文章研究了影响齿轮轴的主要激振来源等因素后，提出了具体的增强高速齿轮轴抗振性的措施，使高速齿轮轴的固有频率远离其齿轮啮合的固有频率，并为齿轮轴类零件的动力学特性的进一步改进

基于有限元的汽车传动轴综合优化分析

基于有限元的汽车传动轴综合优化分析【摘要】传动轴作为汽车传动系统的重要零部件，由于自身结构的特点使其振动频率较低、刚度小，万向节附加力矩的存在等，传动轴高速运转时不可避免地存在振动现象。

因此研究传动轴的振动问题对解决整车的平顺性和舒适性有着重要的意义。

以有限元软件ANSYS为基础，进行了传动轴的实体设计。

基于有限元法计算传动轴的固有频率和振型，运用试验模态技术对传动轴进行模态分析，试验结果验证了有限元模型的可靠性。

【关键词】汽车传动轴；模态分析；ANSYS汽车传动轴的主要功能就是把发动机减速器的转动力矩传递到驱动装置，使驱动装置获得发动机传递来的力矩。

因此，传动轴设计中的强度及刚度校核主要表现为传动轴的受扭强度校核和材料刚度校核。

汽车传动轴主要作用是把发动机减速器的运动传递到驱动桥，使驱动桥获得规定的转速和方向，其传递的主要为转矩。

因此，传动轴的强度校核主要为受扭强度校核。

传统的分析方法，一般都是首先通过轴传递的最大转矩，计算出轴的最小直径；然后通过计算作用在轴上的载荷、不同断面上的转矩、轴向力和弯矩，利用解析法或图解法确定轴不同位置的支反力，最后利用传统的计算公式进行强度校核，确定安全系数。

如果安全系数小于许用安全系数，还要进行疲劳强度计算。

此过程计算繁杂，反复性强，而且可靠性差，很可能因为计算误差，造成由于传动轴强度不够而引发的轴裂、轴断事故。

因此，研究一种新的准确、快捷的强度分析方法迫在眉睫。

ANSYS 软件作为一种广泛应用CAE软件，应用有限元法对结构进行静力学、动力学、热力学和电磁学等多种分析。

通过ANSYS软件的应用，可以大大缩短轴类零件的设计周期，从而减少设计成本，并有利于多种型号产品的开发。

1.传动轴的实体模型的建立模型中按不同的截面形状将传动轴分为5段，其中1与5段是传动轴与万向节连接部分节叉的等效简化，4段为薄壁圆管，其它各段都为实心圆轴。

考虑到2段与3段之间原来的花键连接，将右支承设置为水平方向自由移动，而左支承为简支。

基于Solidworks Simulation的轴承过盈配合接触应力分析

的设计和校核计算提供理论依据，同时为判断轴承压装到位提供依据。关键词：轴承；ＹＱ一３６５；牵引电机；过盈配合；接触应力
Ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｉｔｆｏｆｂｅａｒｉｎｇｓｂａｓｅｄｏｎｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
摘要：利用有限元ＳｏｌｉｄｗｏｒｋｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ软件对球轴承内圈过盈接触问题进行仿真分析，通过求解出应力、应变和位移
云图，找出了轴的最大应力、周向应力、径向应力和径向位移。过盈配合接触应力分析可为牵引电机主轴轴承过盈配合
．
ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｔｒｅｓｓ．ｒａｄｉａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｒａｄｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｉｔｆａｎａｌｙｓｉｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅ
ｆｅｒｅｎｃｅｃｏｎｔａｃｔ．Ｆｒｏｍｔｈｅｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍ，ｓｔｒａｉｎｎｅｐｈｏｇｒａｍａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｎｅｐｈｏｇｒａｍ，ｆｉｎｄｉｎｇｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓ

基于的汽车传动轴的三维建模及仿真

引言汽车是最普通的代步、运输工具，许多国家均将汽车工业作为其重要的支柱产业。

而其关键部件之一的传动轴更是引起汽车行业的重视。

由于车辆技术的进步和车辆密度的加大，对传动轴的性能要求也越来越高，因此传动轴技术需要得到飞速的发展。

它作为汽车的重要组成部分，其性能的好坏在很大程度上对汽车的燃油经济性、加速时间、动力性及成本等方面造成影响。

此外，在常见的汽车故障中，很多的故障来自于传动轴。

因此，如何研究设计出高性能的传动轴，是我们亟需解决的问题。

而UG 是集CAD/CAM/CAE 功能于一体的软件集成系统，该软件以其卓越的性能而广泛地应用于航空、航天、造船、汽车等需要产品设计开发的领域，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。

其特有的模块功能建模技术更是推动企业竞争力和生产力的提高。

UG 软件在三维实体模型的创造和编辑、曲线与草图绘制、三维模型输出二维工程图和进行部件装配方面有独特的功效，特别适用于复杂的模具设计、自由曲面、高级装配、机构和有限元分析等方面，是目前设计师和艺师最理想、最易集成的工作平台。

1传动轴的三维建模UG 建模技术是一种基于特征和约束的建模技术，具有交互建立和编辑复杂实体模型的能力。

UG 建模充分发挥了传统的实体、表面、线框造型优势，能够很方便地建立二维和三维线框模型及扫描、旋转实体，并可以进布尔操作和参数化编辑。

在ＵＧ中建立的三维模型，可直接被引用到ＵＧ的二维工程图、装配、加工、机构分析和有限元分析中，并保持关联性。

因此，使用UG 对汽车传动轴的各个部件进行建模是很方便快捷的，同时可以很好的了解到传动轴的构造和其各个部件之间的连接关系。

1.1零件的三维建模本文研究的传动轴是由轴管、伸缩套和万向节组成。

而通过UG 建模的零件有万向节叉、十字轴、万向节叉滑动叉等。

各主要零件建模成型图如下所示图1至图4所示。

主要使用了拉伸、旋转、布尔运算、边倒圆、孔、混合扫描等特征。

1.2传动轴的装配零件建模完成后，在UG 系统下打开文件，在菜单栏选项【文件】/【新建】打开对话框，选择新建类型为【模型】，子类型为【装配】进入模型装配环境，在此环境中添加相应约束，主要使用的命令有匹配、对齐等，装配过程不再详述。

15-汽车传动轴高速动态特性的仿真计算与分析

ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｈａｓｅｏｆｔｈｅｉｍｂａｌａｎｃｅｍａｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｇｕｌａｒ
ｓｐｅｅｄｓｉｓｒｅｖｅａｌｅｄｂｙｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｎＦＥＡｉｓｔａｋｅｎｔｏｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅ
节滚针轴承油封：１６：滚针轴承；１７：滚针轴承锁片；１８：堵盖
传动轴在高速旋转时，由于离心力作用将产生剧烈振动。因此，当传动轴与万向节装配后，必须满足动平衡要求。图１ｒ１—４中的零件４即为平衡用的平衡
—－目－ｌ目华日；中＝；科＝＿ｊ－技＿口；大ｌ自学｜目项＿自＝士＝＝｜∞学＿位论文
汽车行驶过程中，变速器与驱动桥的相对位置经常变化，为避免运动干涉，传动轴中设有由滑动叉和花键组成的滑动花键连接，以实现传动轴长度的变化。为减少磨损，还装有用以加注滑脂的油嘴、油封、堵盖和防尘套。
图ｌ—ｌ一４解放ＣＡＩＯＢ型汽车主传动轴４：平衡片；１１：万向节滑动叉油封；１３：传动轴轴管：１４：锁片；１５：万向
系割汽车的性能。由于传动系统的动不平衡和路况的不平整，必然导致传动轴的机械振动。当该振动频率与传动轴的固有频率相同或接近时，就会产生共振现象。这将会使传动系统产生损坏，降低汽车运行的安全与寿命。因此，对处于装车状态
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的传动轴进行动力学进行分析研究是很有必要的。｝／
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本文对处于装车状态的传动轴的固有振动特性进行了分析，探讨了各种结构参数对传动轴固有振动特性的影响。然后利用三维建模软件Ｐｒｏ／Ｅ建立了传动轴的三维装配体模型，并将三维模型导入到有限元分析软件Ｃｏｓｍｏｓ中进行有限元计算，验证了理论分析的结果。

传动轴有限元分析

汽车结构有限元分析研究报告姓名：班级：学号：盐城工学院汽车工程学院传动轴有限元分析研究报告盐城工学院汽车工程学院车辆工程专业江苏，盐城226000摘要：ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如,Alogor, I－DEAS,CAD等。

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软件来汽车曲柄连杆机构行分析。

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、变形等结果。

对零件的设计和优化有很大的参考作用。

关键词：三维建模，曲柄连杆机构，有限元，ANSYS，动静态分析引言随着发动机强化指标的不断提高，曲柄连杆机构的工作条件更加复杂。

在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证曲柄连杆机构中的主要部件曲轴具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为机构设计中的关键性问题[3]。

由于在实际工况中曲轴承受活塞、连杆传递的爆发压力的交变载荷作用，受力情况极其复杂。

采用传统的单纯有限元分析方法，很难完成对曲轴运行过程中动态变化边界条件的描述[4-5]。

为了真实全面地了解曲轴在实际运行工况下的力学特性，本课题通过运用CAD软件建立曲柄连杆机构各组成零件的几何模型，确定机构的质量特性参数，通过有限元分析软件Hyperworks和MSC.Nastran的联合仿真，对曲轴和连杆进行自由模态分析，输出振型和频率，将生成的模态中性文件导入ADAMS/View中建立曲柄连杆机构的多柔体动力学模型，应用durability 模块仿真分析曲轴和连杆在爆发压力和惯性力作用下的疲劳应力，由此可以清楚地了解曲轴和连杆在工作过程中各部分的应力，应变，迅速找到危险部位，为机构的优化设计奠定基础。

基于Simulation传动轴的分析与研究

基于Simulation传动轴的分析与研究摘要：轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转动运的传动零件都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递，传动轴在初步设计后，必须要经过复杂的的数学验证，这样的计算在对于轴的材料选择有好几种时显得更是繁琐。

如今利用Solidworks中的Simulation 有限元分析软件对其首先进行静力学分析，在传动轴满足应力分析后再对其进行疲劳寿命分析。

经过分析，在实际应力加载下，传动轴完全满足应力强度，其寿命也是完全满足设计要求。

关键词：传动轴；Simulation；疲劳分析1.传动轴的静力学分析1.1 传动轴有限元模型的建立传动轴材料选取合金钢，其弹性模量210GPa，泊松比0.28，屈服强度620MPa。

在Solidworks软件中建立传动轴三维模型，并利用solidworks中simulation模块分析，进行网格划分，得到有限元模型图，单元格尺寸为25.4941mm，划分得到网格单元数为20625个，自由节点数为31008个。

图1为传动轴的有限元模型。

图1 传动轴的有限元模型1.2载荷及约束的加载此副轴在正常工作是由键传动驱动力，故在轴的左端键槽两侧施加固定几何体约束，在轴承安装位置施加轴承支撑，并在键槽位置施加向下的压力F=67.56KN用以产生竖直方向上的弯矩；在键槽侧面施加F=185.62KN的力用以产生扭矩和水平方向的弯矩。

图2 为载荷及约束的加载情况。

图2 载荷及约束的加载1.3分析结果上述操作完成后，对该传动轴分析计算得到如图3所示的结果。

应力结果总位移结果图3 传动轴的静态分析结果由图3可知，除了键槽部分产生应力集中以外，其值为249MPa，其余地方的应力均较小。

传动轴最大变形为0.3mm，完全满足传动要求。

2.传动轴的疲劳分析选择随机交互应力，采用对等应力计算交替应力，设置疲劳强度缩减因子为0.9，S-N曲线采用基于ASME奥氏体钢曲线。

载荷周期设置为106，载荷类型选择LR=0，运行计算结果如图4所示。

传动轴设计与分析报告

传动轴设计与分析报告传动轴设计的基本原理是根据传动需求和传动系统参数来确定传动轴的尺寸和材料。

一般来说，传动轴应该具有足够的强度和刚度，以承受传递的功率和扭矩，并能减小振动和噪声。

此外，传动轴的材料选择也需要考虑其强度、耐磨性和耐腐蚀性等因素。

传动轴设计的过程包括以下几个步骤。

首先，确定传动系统的传动比、功率和转速等参数。

然后，根据传动系统的传动类型（如平行轴、直角轴、同步带等），选择合适的传动轴结构形式。

接下来，根据传动轴所承受的力和扭矩计算传动轴的尺寸。

最后，选择合适的材料，并进行传动轴的组装和安装。

传动轴设计时需要考虑的因素较多，如传动轴的强度、刚度、振动和噪声等。

传动轴的强度计算可以通过应力分析来完成。

根据传动轴的材料和力的作用方向，计算轴上各处的应力值，并与材料的屈服强度进行比较，以确保传动轴的强度满足要求。

传动轴的刚度计算通常通过转子动力学分析和有限元分析完成，以评估轴的刚度是否满足传动系统的要求。

传动轴的振动和噪声问题是传动系统设计中需要重点考虑的因素之一。

传动轴的振动会对系统的运行稳定性和传动效率产生不利影响，并且会加速传动轴的疲劳损伤。

因此，在传动轴设计过程中需要进行振动分析和动力学仿真，以提前预测和减小传动轴的振动和噪声水平，从而保证传动系统的正常运行。

除了设计方面，传动轴的分析也是非常关键的。

传动轴的分析可以通过故障诊断和状态监测方法来实现。

通过对传动轴的振动、声音和温度等参数进行监测和分析，可以及时发现传动轴的异常情况，预测可能发生的故障，并采取相应的维修和保养措施，以延长传动轴的使用寿命。

综上所述，传动轴设计和分析是机械传动系统设计中不可缺少的一部分。

合理的传动轴设计可以保证传动系统的正常运行和高效工作，同时也可以延长设备的使用寿命。

因此，在实际工程中，我们需要根据传动需求和传动系统参数，采用合适的设计原理和分析方法，进行传动轴的设计和分析，以确保传动系统的稳定性、可靠性和高效性综上所述，传动轴的设计和分析是机械传动系统设计中不可或缺的一部分。

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基于Simulation传动轴的分析与研究
摘要：轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转动运的传动零件都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递，传动轴在初步设计后，必须要经过复杂的的数学验证，这样的计算在对于轴的材料选择有好几种时显得更是繁琐。

如今利用Solidworks中的Simulation 有限元分析软件对其首先进行静力学分析，在传动轴满足应力分析后再对其进行疲劳寿命分析。

经过分析，在实际应力加载下，传动轴完全满足应力强度，其寿命也是完全满足设计要求。

关键词：传动轴；Simulation；疲劳分析
1.传动轴的静力学分析
1.1 传动轴有限元模型的建立
传动轴材料选取合金钢，其弹性模量210GPa，泊松比0.28，屈服强度620MPa。

图1为传动轴的有限元模型。

图1 传动轴的有限元模型
1.2载荷及约束的加载
此副轴在正常工作是由键传动驱动力，故在轴的左端键槽两侧施加固定几何体约束，在轴承安装位置施加轴承支撑，并在键槽位置施加向下的压力F=67.56KN用以产生竖直方向上的弯矩；在键槽侧面施加F=185.62KN的力用以产生扭矩和水平方向的弯矩。

图2 为载荷及约束的加载情况。

图2 载荷及约束的加载
1.3分析结果
上述操作完成后，对该传动轴分析计算得到如图3所示的结果。

应力结果总位移结果
图3 传动轴的静态分析结果
由图3可知，除了键槽部分产生应力集中以外，其值为249MPa，其余地方的应力均较小。

传动轴最大变形为0.3mm，完全满足传动要求。

2.传动轴的疲劳分析
选择随机交互应力，采用对等应力计算交替应力，设置疲劳强度缩减因子为0.9，S-N曲线采用基于ASME奥氏体钢曲线。

载荷周期设置为106，载荷类型选择LR=0，运行计算结果如图4所示。

损坏疲劳图解生命疲劳图解
图4 传动轴疲劳分析结构图
有图5可以看出，理论上合金钢钢材质的传动轴的寿命是无限的。

3.总结
本文针对某一个传动装置中的传动副轴，利用了solidworks中simulation模块对其进行了静态分析和疲劳分析，得到应力和位移结果以及损坏和生命疲劳图解，由结果可知传动轴完全满足使用要求。