基于ANSYS的蜗能蜗杆及其箱体的有限元分析
基于ANSYS的连杆的三维有限元分析
第37卷 第1期2008年2月小型内燃机与摩托车S MALL I N TERNAL COM B UST I O N ENG I N E AND MOTORCYCLEVo.l37No.1Feb.2008基于ANS YS的连杆的三维有限元分析代伟峰 樊文欣 程志军(中北大学振动与噪声研究所 山西太原 030051)摘 要:用有限元软件ANSYS对某军用发动机连杆进行了三维有限元分析,确定了连杆的最大应力部位和疲劳安全系数,为此发动机连杆的可靠性设计提供了依据。
关键词:有限元分析 疲劳 连杆 应力 疲劳安全系数中图分类号:TK413.3 文献标识码:A 文章编号:1671-0630(2008)01-0048-03The3D Finite E lem ent Analysis of D iesel Engi neConnecti ng Rod Based on ANS YSDa iW eife ng,FanW enxin,Cheng Zhij unI nstitute o fV ibration Shock&No ise,North Un iversity of Ch i n a(Taiyuan,030051)Abst ract:I n this paper,w ith the ANSYS,the stress of the eng i n e connection r od is analyzed by usi n g3D fi n ite e le m entm ethod,and the positi o n of the m ax i m u m stress and t h e safe coe ffi c ient o f fati g ue are calcu l a ted. Based upon the results,the reliable design o f the connection rod is i m pr oved.K eyw ords:F i n ite ele m ent ana l y sis,Fati g ue,Connecti n g rod,Stress,Fati g ue safety factor引言连杆是连接发动机活塞与曲轴的一个重要零件,工作中经受拉伸、压缩和弯曲等交变载荷的作用,在发动机设计时,要保证连杆具有足够的结构刚度和疲劳强度。
浅谈有限元分析在蜗杆模态分析中的应用
（ ） 在 Ｌｂａ ｆＥｅ ｅ ｔｙｅ ２ ｉｒｒ ｏ ｌｍ ｎＴ ｐｓ复 选 框 中 选 择 Ｓｒｃｕａ ｏｉ ｙ ｔ ｔｒｌＳｌ ｕ ｄ
Ｂ ｃ ｎｄ ５， Ｅｅ ｅ ｔｙｅｒｆｒｎ ｅｎ ｍ ｅ 入栏 中输 入 １ ｉ ｒ ｋ８ｏ ｅ４ 在 ｌｍ ｎ ｐ ｅｅｃ ｕ ｂｒ输 ｔ ｅ 。 １ ． 拟 试 验 方案 ， 少 试 验 次 数 ． 而减 少 试 验 经 费 。 ５模 减 从 因此 ， 见 有 限元 分 析计 算 是 现 代 机 械 设 计 的一 把 利 器 ， 的 出 可 它 （） ３单击 Ｅｅ ｅ ｔ ｐｓ ｌ ｎ ｙ ｅ 对话框上的【 ｌ ｅ按钮 ， ｍ Ｔ Ｃ ｓ］ ｏ 关闭该对话框 。 ３３ 义材 料 性 能 参 数 ＿定 现 引起 了传 统 设计 的变 革 。 国 际上 ， 在 ６ 在 早 Ｏ年 代 初 就 开始 投 入 大 量 的人 力 和 物 力 开发 有 限元 分 析 程 序 ，但 真 正 的 Ｃ Ｅ软 件 是 诞 生 于 ７ Ａ Ｏ （ ） 选 择 Ｍａｎ １ ｉ Ｍｅ ｌ － Ｐ ｅ ｒｃ ｓｏ － Ｍａｅｉｌｒｐ ＿ ｔｒ ｌ ｎ ＋ ｒｐ ｏ ｅｓｒ － ｔｒ Ｐ ｏ ｓ＿ Ｍａ ｉ ｌ ＋ ａ ’ ｅａ ｄ ｌ命 出 ｉ ｆ ｅＭａ ｉ ｅ ｈｖｏ ｅ ａ Ｍｏ Ｂ ｒ 年 代 初 期 。 在 以 ＡＮ Ｙ 现 Ｓ Ｓ为 代表 的有 限 元 分 析 软 件 ， 不断 汲 取 计 算 方 Ｍｏｅｓ 令 ， 现 Ｄｅ ｎ ｔｒ ｌ ｄ ｌ ｅａｉ 对 话 框 。 法 和 计 算 机 技 术 的 最 新 进 展 ， 有 限 元 分 析 、 算 机 图形 学 和优 化 技 将 计 （ ） 在 Ｍａｅ ａ Ｍｏ ｅｓ Ａ ａｌ ｌ 输 入 栏 中 选 择 Ｓｒ ｃ ｒｌ ２ ｔｒ ｌ ｄ ｌ ｖ ｉ ｂｅ ｉ ａ ｔ ｔａ ｕｕ
基于SolidWorks和ANSYS的新型减速机的有限元分析
基于SolidWorks和ANSYS的新型减速机箱体的有限元分析摘要：本论文运用常用三维建模软件SolidWorks，建立水泥生产用新型减速器箱体的三维模型，利用SolidWorks与ANSYS12.1的相应接口技术，将建立的减速机箱体三维模型导入ANSYS中。
通过对箱体进行应力分析，得到应力分布图、位移信息，找到最薄弱的区域；并通过模态分析分析箱体固有频率及振型，为减速机箱体结构的优化提供有效依据。
关键词：ANSYS；SolidWorks；减速机箱体；有限元分析0引言减速器作为机器的重要组成部分，主要是用来将原动机的运动和力传递给工作机，并且改变原动机的运动速度和形式、力或力矩的大小与方向，使之适应其他工作机的需要。
近年来，由于水泥工业的飞速发展，与之相应的水泥用减速机的应用也升级迅速，本文的主要任务是对水泥生产用的新型减速器箱体进行应力分析和模态分析，通过对箱体的应力分析，得到相应的应力分布图，并且找到减速机箱体应力最薄弱的区域；通过对减速机的模态分析，研究箱体的固有频率及阵型，从理论上分析了减速机箱体产生振动的敏感部位。
将分析的结果与实际试验的结果比较，从而对减速器箱体进行结构的优化设计提供参考依据。
1.减速机箱体数学模型的建立（1）运用SolidWorks软件建立箱体模型虽然ANSYS自身带有建模功能，但是这个建模功能非常有限，只能处理一些相对简单的模型。
而本文进行分析的减速箱体结构比较复杂，ANSYS自带的建模功能不能满足本文所需箱体模型的建立。
而SolidWorks软件具有强大的建模功能，利用它来建立本文所需的模型就相对简单一些，所以本文采用SolidWorks软件来建立箱体的三维模型。
在建模的过程中，对减速机箱体模型进行了一些简化。
简化了减速机箱体的结构，将上、下箱体以及输入端轴承盖作为一个整体，忽视过渡圆角、吊耳、油杯孔、螺纹孔、部分凸台以及顶部密封，然后按照设计图纸在准确尺寸的基础上建立了箱体的三维模型。
ansys有限元分析实用教程2篇
ansys有限元分析实用教程2篇第一篇：ansys有限元分析实用教程（上）有限元分析是一种广泛应用的数值分析方法，可用于模拟和分析各种结构和系统的受力、变形及其他物理行为。
在ansys软件平台下，有限元分析功能十分强大，能够对各种工程问题进行有效的分析和解决。
本文将介绍ansys有限元分析的基础操作和实用技巧。
一、建立模型在进行有限元分析前，首先需要建立准确的模型。
在ansys中，可以通过多种方式进行几何建模，包括手工绘制、导入CAD文件、复制现有模型等。
为了确保模型的准确性，需要注意以下几个方面：1.确定模型的几何形状，包括尺寸、几何特征等。
2.选择适当的单元类型，不同形状的单元适用于不同的工程问题。
3.注意建模过程中的单位一致性，确保模型的尺寸和材料参数等单位一致。
4.检查模型建立后的性质，包括质量、连接性和几何适应性等。
二、设置材料参数和加载条件建立模型后，需要设置材料的弹性参数和加载条件。
在ansys中，可以设置各种材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。
此外，还需要设置加载条件，包括加速度、力、位移等。
在设置过程中，需要注意以下几个方面：1.根据实际情况选择材料参数和加载条件。
2.确保材料参数和加载条件设置正确。
3.考虑到不同工况下的加载条件，进行多组加载条件的设置。
三、网格划分网格划分是有限元分析中的关键步骤，它将模型分割成许多小单元进行计算。
在ansys中，可以通过手动划分、自动划分或导入外部网格等方式进行网格划分。
在进行网格划分时，需要注意以下几个方面：1.选择适当的单元类型和网格密度，确保模型计算结果的准确性。
2.考虑网格划分的效率和计算量，采用合理的网格划分策略。
3.对于复杂模型，可以采用自适应网格技术，提高计算效率和计算精度。
四、求解模型建立模型、设置材料参数和加载条件、网格划分之后，即可进行模型求解。
在ansys中，可以进行静态分析、动态分析、热分析、流体分析等多种分析类型。
ansys齿轮接触分析案例
加载与求解
01
施加约束
根据实际情况，对齿轮的轴孔、 端面等部位施加适当的约束，如 固定约束、旋转约束等。
02
03
施加接触力
求解设置
根据齿轮的工作状态，在齿面之 间施加接触力，模拟实际工作情 况。
设置合适的求解器、迭代次数、 收敛准则等，确保求解的准确性 和稳定性。
后处理
结果查看
查看齿轮接触分析的应力分布、应变分布、接触压力分布等 结果。
02
分析接触区域的大小、应力分布情况，评估齿轮的传动性能和
寿命。
根据分析结果，优化齿轮的设计和制造工艺，提高其传动性能
03
和寿命。
06
CATALOGUE
ansys齿轮接触分析案例四：蜗轮蜗杆
问题描述
蜗轮蜗杆传动是一种常见的减速传动 方式，具有传动比大、传动平稳、噪 音低等优点。但在实际应用中，蜗轮 蜗杆的接触问题常常成为影响其性能 和寿命的关键因素。
属性。
边界条件和载荷
01
约束蜗杆的轴向位移，固定蜗轮的底面。
02 在蜗杆的输入端施加扭矩，模拟实际工作状态。
03 考虑温度场的影响，在模型中设置初始温度和环 境温度，并考虑热传导和热对流。
求解和结果分析
进行静力分析和瞬态动力学分析，求解接触应力 分布、摩擦力变化以及温度场分布等。
对求解结果进行后处理，提取关键数据，进行可 视化展示。
通过齿轮接触分析，可以发现潜在的 应力集中区域和齿面磨损问题，提高 齿轮的可靠性和寿命。
齿轮接触分析的应用领域
汽车工业
用于研究汽车变速器、发动机和传动系统中的齿轮接触行为，优 化齿轮设计以提高燃油经济性和可靠性。
风电领域
用于研究风力发电机组中齿轮箱的齿轮接触行为，提高风力发电设 备的效率和可靠性。
基于ANSYS的ZA蜗杆传动有限元分析的开题报告
基于ANSYS的ZA蜗杆传动有限元分析的开题报告一、选题背景蜗杆传动是一种广泛应用于各种机械传动的重要传动方式，其具有传动比大、传动平稳、自锁等优点，在工业生产中具有非常重要的应用价值。
通过对蜗杆传动进行有限元分析可以预先评估蜗杆传动的性能，提高设计效率和传动精度。
二、研究内容本次研究主要基于ANSYS软件对蜗杆传动进行有限元分析，具体内容包括以下几个方面：1. 构建三维蜗杆传动模型，包括蜗杆和蜗轮；2. 设定蜗杆传动工况和材料参数，包括传动比、转速、负载等参数；3. 进行有限元分析，分析蜗杆传动的应力分布、变形情况等，并进行模态分析；4. 基于有限元分析结果对蜗杆传动进行优化设计。
三、研究意义通过本次有限元分析研究，可以预测蜗杆传动在实际工作条件下的应力分布和变形情况，进一步优化蜗杆的设计和生产，减少生产成本，提高蜗杆传动的效率和精度，推动整个工业传动领域的发展。
四、研究方法本次研究采用有限元分析方法进行预测和分析，通过ANSYS软件模拟和求解蜗杆传动的应力分布和变形情况，并使用模态分析方法检验传动系统的动态特性，以评估传动性能，同时基于分析结果进行蜗杆传动的优化设计。
五、研究计划1. 论文选题：基于ANSYS的ZA蜗杆传动有限元分析2. 研究时间：第一周：查阅相关文献，初步了解蜗杆传动有限元分析；第二周：建立蜗杆传动基础三维模型，并设置工况和材料参数；第三周：进行有限元分析，得出应力分布和变形情况，并进行模态分析；第四周：分析结果，并基于分析结果对蜗杆传动进行优化设计；第五周至第六周：完成论文的撰写和修改，整理相关资料。
3. 研究预期成果：（1）建立了蜗杆传动有限元分析模型；（2）预测了蜗杆传动的应力分布和变形情况；（3）检验了蜗杆传动的动态特性；（4）基于有限元分析结果进行了蜗杆传动的优化设计。
以上为《基于ANSYS的ZA蜗杆传动有限元分析的开题报告》的内容，谢谢。
基于ANSYS的有限元分析
基于ANSYS的有限元分析有限元大作业基于ansys的有限元分析班级：学号：姓名：指导老师：完成日期：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Creo,NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。
是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。
ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。
目前，中国100多所理工院校采用ANSYS 软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
2D Bracket问题描述:We will model the bracket as a solid 8 node plane stress element.1.Geometry: The thickness of the bracket is 3.125 mm2.Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa.3.Boundary conditions: The bracket is fixed at its left edge.4.Loading: The bracket is loaded uniformly along its top surface. Theload is 2625 N/m.5.Objective: a.Plot deformed shapeb.Determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these)c.Remodel the bracket without the fillet at the corner or change the fillet radius to 0.012 and 0.006m, and see howd.principal stress and von Mises stress change.一，建立模型1设置工作平面在ansys主菜单里找到workplane>wp settings,输入如下参数。
基于ANSYS Workbench蜗轮蜗杆箱体有限元分析
基于ANSYS Workbench蜗轮蜗杆箱体有限元分析梅庆林;张亚南【摘要】利用三维设计软件SolidWorks建立某专用机床蜗轮蜗杆分度箱的三维模型,将模型导入有限元分析软件ANSYS Workbench中并对该模型进行有限元分析,经计算得到箱体的应力和变形分析结果,验证设计的合理性,为产品设计和改进提供了依据,对产品的设计工作起到指导作用.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】2页(P154-155)【关键词】箱体;有限元分析;ANSYS Workbench;SolidWorks;改进【作者】梅庆林;张亚南【作者单位】中国第一重型机械集团公司,黑龙江齐齐哈尔161000;齐齐哈尔二机床集团有限公司,黑龙江齐齐哈尔161000【正文语种】中文【中图分类】TP391.71 引言在机加过程中，机床的分度箱承受较大的载荷，从而易产生较大的应变和应力。
分度箱分度的精度直接影响其加工轴类零件的质量，因此，在设计机床时，必须采取措施有效地预防和控制箱体受力变形。
在对某专用机床蜗轮蜗杆分度箱设计中，首先应用三维辅助设计软件SolidWorks 建立箱体三维模型，然后导入到分析软件ANSYS Workbench 中对该箱体进行模拟分析，从而满足了设计要求，提高了工件的加工精度。
2 箱体分析模型的建立及有限元分析在SolidWorks2011 中建立计算模型。
为了便于建立有限元模型和简化问题的定义，对分度箱体受载荷较小的区域做了一定简化和假设。
（1）假设分度箱体箱体和滑座为刚性连接，不考虑接合面及连接螺栓接触面的变形。
（2）忽略箱体受载较小或影响甚微的局部区域，如螺栓孔、油槽等。
（3）不考虑温度变化对箱体变形的影响。
2.1 将三维模型导入ANSYS Workbench在SolidWorks 软件中建立蜗轮蜗杆分度箱体三维模型后，将图形文件存为sat 文件，在ANSYS Workbench 中新建项目，将该模型文件导入，准备进行分析。
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基于ANSYS的蜗能蜗杆及其箱体的有限元分析
1.引言
蜗杆斜齿轮传动是在传统的蜗能蜗杆传动中用斜齿轮取代涡轮形成的传动副，由于涡轮廓形状复杂，齿面无法磨削，因此加工精度较低，本文主要采用ANSYS Workbench软件对蜗能蜗杆传动系统进行了强度分析，其中分析分析了传动系统，即蜗能蜗杆的接触应力，同时还分析了蜗能蜗杆箱体结构的强度和刚度问题，为设计提供了一定的指导意义。
2.蜗能蜗杆啮合有限元分析
首先通过三维软件建立蜗能蜗杆的三维几何模型，然后通过ansys软件的几何接口将几何模型导入至ansys软件中。
在几何模型建立时候，需要注意蜗能蜗杆的装配关系，需要提前调整好啮合位置，导入几何如下图所示。
图1 几何模型
在Workbench中通过engineering data菜单中进行材料定义，设计中蜗杆材料为
20Cr，其中弹性模量为206GPa，泊松比为0.3。
齿轮材料为40Cr，其中弹性模量为
206GPa，泊松比为0.28。
图2 蜗杆材料属性
图3 齿轮材料属性
单元类型选用solid185。
solid185单元用于构造三维固体结构.单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.单元具有超弹性,应力钢化，蠕变,，大变形和大应变能力.还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料。
图4 solid185单元类型
网格采用四面体网格划分，因为结构的倒角形状比较复杂，四面体可以适应任何形状的几何结构，通过局部加密的方法可以实现应力梯度的细化，非常适合用于齿轮方面的接触分析。
如图5所示为啮合部分的有限元模型。
图5 蜗能蜗杆有限元模型
整体的网格尺寸设置为5mm，接触分析的主要关心区域则为结构的啮合区域，所以对啮合区域进行了局部加密，加密尺寸为1.5mm。
如图6所示，在啮合区域设置影响球，通过控制球直径的大小来调整加密的区域大小，最终要保证球的区域覆盖住结构的啮合区域，然后进行加密划分。
整体网格数量为175627，节点总数为34582。
图6 影响球局部网格加密
蜗能蜗杆啮合的接触传动分析是一种静态分析，通过对齿轮施加扭矩，分析结构在啮合状态下的接触应力，分析过程中需要固定蜗杆的所有自由度，约束齿轮的轴向和经向自由度，放开转动自由度，用于扭矩的施加。
齿轮和蜗杆的接触设置为摩擦接触，实际情况下载传动过程中会有润滑的存在，所以本文在分析的时候采用无摩擦接触设置，即认为不考虑摩擦力。
如图7所示，在蜗杆与轴承配合面上施加固定约束，在齿轮内孔设置圆柱约束，约束径向和轴向自由度，放开转动，同时在内孔施加扭矩，扭矩大小为300N*m。
接触设置如图8所示。
图7 结构载荷约束
图8 接触位置
通过ansys分析，可得出蜗能蜗杆在上述工况下的应力和变形情况。
图9为结构的应力云图，蜗能蜗杆啮合作用下最大等效应力为316.15MPa，最大应力位置为蜗杆与齿轮的接触处，发生在齿轮上。
齿轮材料为40Cr，40Cr是一种最常用的合金调质钢。
用于较重要的调质零件，如在交变载荷下工作的零件，中等转速和中等截面的零件；经调质并高频表面淬火后可用于耐磨性和载荷包较高而无很大冲击的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、连杆螺钉等。
40Cr材料的屈服极限为785MPa，同时蜗杆材料为20Cr，其屈服极限为540MPa，结构的最大等效应力远小于屈服极限，其中齿轮上最大等效应力为316.15MPa，则安全系数为785/316.15=2.48，蜗杆上的最大等效应力为198.42MPa，安全系数为540/198.42=2.72。
均满足强度要求。
蜗能蜗杆的最大变形为0.04116mm，发生在齿轮的边缘位置，在扭矩作用下，齿轮产生离心力，所以在齿轮的边缘位移最大，和实际情况问题，最大位移较小，所以结构也满足刚
度要求。
图9 应力云图
图10 蜗杆应力云图
图11 结构位移云图
3.蜗能蜗杆箱体有限元分析
对于蜗能蜗杆系统而言，蜗能蜗杆的拟合传动是整个系统重点，此外箱体也是重要结构之一，在工作过程中，箱体也承受较大载荷，容易产生较大应力和应变，所以对箱体结构的有限元分析也由为重要，如果箱体结构发生较大变形和破坏都会影响到整体传动系统的工作状态，同上述方法，在三维模型中建立箱体结构，然后通过ansys的几何接口将箱体模型导入至ansys软件中用于有限元分析。
在有限元分析前对箱体结构进行了简单的几何处理，去除了部分小的螺栓孔，整体的几何清理不影响结构的有限元分析，最终几何模型如图12所示。
图12 箱体几何模型
箱体材料为HT250，可用于要求高强度和一定耐蚀能力的泵壳、容器、塔器、法兰、填料箱本体及压盖、碳化塔、硝化塔等；还可制作机床床身、立柱、气缸、齿轮以及需经表面淬火的零件。
其中材料的弹性模量为1.1e11Pa，泊松比为0.28，密度为7200kg/m^3，屈服极限为250MPa。
对箱体结构进行网格划分，单元类型同样采用solid185，有限元网格模型如下图所示。
其中网格尺寸设置为5mm，最终网格总数为111197，节点总数为25200。
图13 箱体有限元模型
箱体通过底部的四个螺栓孔进行安装，在工作过程中，箱体主要承受纵向载荷，螺栓孔所在的四个法兰面做固定约束，模拟箱体的固定安装。
箱体的四个轴承孔所在的配合面施加对应的轴承载荷，轴承载荷采用ansys中bearing Load进行加载。
Bearing Load是专门用于轴承载荷施加的，可以考虑到轴承半圈受载，另半圈不受载的非线性状态，同时在受载的半圈截面上，轴承载荷是根据截面在水平面上的投影面积来分配整体载荷的，和实际情况相对吻合，加载情况如下所示。
同时考虑箱体结构的重力作用，施加重力加速度，如图14所示。
蜗杆轴承配合面分别施加20000N轴承载荷，齿轮轴承配合面分别施加40000N轴承载荷。
图14 箱体结构的加载示意图
在上述载荷作用下箱体结构的应力云图如下所示。
箱体结构的最大等效应力为122.54MPa，箱体结构的屈服极限为250MPa，则安全系数为2.04，所以认为箱体结构满足强度要求。
最大应力发生在安装的法兰面边缘，同时轴承配合孔面的应力也相对较大，在结构设计的时候需要重点关注这两个位置的应力情况。
箱体结构的最大变形为0.028mm，最大位置发生在轴承配合孔面上，最大位置数值较小，所以箱体也满足刚度要求。
图15 箱体应力云图
图8 箱体结构的位移云图
4.结论
基于ansys有限元软件对蜗能蜗杆传动拟合以及箱体结构进行了强度和刚度的分析讨论，最终计算表明，蜗能蜗杆以及箱体结构均能满足强度和刚度要求。
其中蜗能蜗杆在啮合时的热点应力位置为啮合点位置，箱体的热点应力位置为安装的法兰面边缘。