基于ANSYS的轴类零件元静力学分析
Ansys 结构 元案例分析 轴承支座
1、案例介绍
2、支座建模
2、支座建模
2、支座建模
2、支座建模
建模：Preprocessor-Modeling-Create-Volumes-Block-By Dimension
2、支座建模
移动坐标：Workplane-Offset WP by Increments
2、支座建模
体相加：Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-Add-Volumes-Pick All
2、支座建模
建模：Preprocessor-Modeling-Create-Volumes-Cylinder-By Dimension
2、支座建模
体搭接：Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-Overlap-Volumes-Pick All
2、支座建模
体删除：Preprocessor-Modeling-Delete-Volumes and Below
3、划分网格
• 定义单元类型； • 定义材料属性； • 设置单元尺寸；
1、定义单元类型
3、划分网格
1、定义单元类型
3、划分网格
1、定义单元类型
3、划分网格
2、定义材料属性 1
3、划分网格
2、支座建模
体分离：Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-Divide-Volumes by Areas
2、支座建模
体删除：Preprocessor-Modeling-Delete-Volumes and Below
2、支座建模
基于ANSYS的汽车传动轴有限元分析与优化设计
摘要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A b st r ac tANSYS (f i n i t e e l e m e n t) package i s a m u l t i-p ur po s e f i n i t e e l e m e n t method for computer des i gn program that can be used to s o l ve the structure, fluid, e l ec tr i c i ty,e l ec tr o m ag n et i cf i e l ds and co lli s i on problems. So it can be applied to the followingi ndus tr i es: aerospace, au tom o t i v e,bi o m ed i ca l,b r i dge s,c on s tr uc t i on,e l ec tr o ni cs,h ea vy machinery, mi cro-el e ct r o m echa ni ca l systems, sports equipment and so on.Tr an s mi ss i on s h a f t i s the most common a r egu l a r part, the part structure i s s i m p l e, convenient o pera t i on, high pr ec i s i on, low pr i c es, it has been w i d e l y used. At pr ese n t, many have made the appro pr i at e Tr an s mi ss i on s h a f t i mpr o v e m e n t s,it has been gr ea t l y enhanced app li c a bi li ty.The des i gn i s based on ANSYS s o f t ware to Tr an s m i ss i on s ha f t by the line of s p i nd l e. Compared with the tr adi t i on a l c a l cu l at i on,computer-based f i n i t e e l e m e n t an a l y s i s method can be f a s t er and more accurate r es u l t s.Set the correct m o de l,dividing the right grid, and set a reasonable s o l ut i on process, an a ly t i ca l m o de l can ac curat e l y access t h e various parts of the stress and de f o r m at i on r es u l t s. On the part of the des i gn a ndop t i mi za t i on has great r ef ere n c e.It i s because of these advantages, the use of this des i gn in my UG to crea t et h r ee-di m e ns i on a l model Tr a ns m i ss i on s h a f t. Then this model was i n tr o duce d by t h e ANSYS s o f t wa r e to i t s line of a n a ly s i s.Key Words: Tr an smiss i on s h af t，t h r ee-d i me n si on al mo d e li ng，ANSYS，d y n am i c and s t a t i c a n al y s i s目录摘要.............................................................................................................................. - 1 -Abs tr ac t ............................................................................................................................. -2 -目录.............................................................................................................................. - 2 -第1 章绪论..................................................................................................................... - 4 -1.1 选题的目的和意义............................................................................................. - 4 -- 2 -1.2 选题的研究现状及发展趋势.............................................................................. - 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 -3.3 本课题的研究方法............................................................................................. - 9 -3.4 有限元方法介绍................................................................................................ - 9 -3.4.1 概述.................................................................................................................. - 9 -3.4.2 基本思想......................................................................................................... - 9 -3.4.3 特点................................................................................................................ -10 -3.5 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。
ansys中的静力分析
第1章 静力分析1.1 力的概念力在我们的生产和生活中随处可见，例如物体的重力、摩擦力、水的压力等，人们对力的认识从感性认识到理性认识形成力的抽象概念。
力是物体间的机械作用，这种作用可以使物体的机械运动状态或者使物体的形状和大小发生改变。
从力的定义中可以看出力是在物体间相互作用中产生的，这种作用至少是两个物体，如果没有了这种作用，力也就不存在，所以力具有物质性。
物体间相互作用的形式很多，大体分两类，一类是直接接触，例如物体间的拉力和压力；另一类是“场”的作用，例如地球引力场中重力，太阳引力场中万有引力等。
同时力有两种效应：一是力的运动效应，即力使物体的机械运动状态变化，例如静止在地面物体当用力推它时，便开始运动；二是力的变形效应，即力使物体大小和形状发生变化，例如钢筋受到横向力过大时将产生弯曲，粉笔受力过大时将变碎等。
描述力对物体的作用效应由力的三要素来决定，即力的大小、力的方向和力的作用点。
力的大小表示物体间机械作用的强弱程度，采用国际单位制，力的单位是牛顿（N ）（简称牛）或者千牛顿（kN ）（简称千牛），1kN =103N 。
力的方向是表示物体间的机械作用具有方向性，它包括方位和指向。
力的作用点表示物体间机械作用的位置。
一般说来，力的作用位置不是一个几何点而是有一定大小的一个范围，例如重力是分布在物体的整个体积上的，称体积分布力，水对池壁的压力是分布在池壁表面上的，称面分布力，同理若分布在一条直线上的力，称线分布力，当力的作用范围很小时，可以将它抽象为一个点，此点便是力的作用点，此力称为集中力。
由力的三要素知，力是矢量，记作F ，本教材中的黑体均表示矢量，可以用一有向线段表示，如图1-1所示，有向线段AB 的大小表示力的大小；有向线段AB 的指向表示力的方向；有向线段的起点或终点表示力的作用点。
1.2 静力学基本原理所谓静力学基本原理是指人们在生产和生活实践中长期积累和总结出来并通过实践反复验证的具有一般规律的定理和定律。
基于ANSYS Workbench的半轴静力仿真分析
性材 料 ， 静态 加载 等情 况 。在静 态载 荷 作用 下 应 充 分考 虑 结 构的 约 束 ， 忽 略对 计算 结 果无 影 响 的惯性 ， 阻 尼 以及 质 量 。 由经典 力学理 论可 知 ， 物 体 的动 力学 通用 方 程为 ：
科 技 前 沿
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 的 半轴 静 力仿 真 分 析
赵 磊 。 包文文 ， 马 源
（ 沈 阳理 工 大 学 ， 辽宁 沈 阳 １ …１ ５ ９ ）
摘 要 ： 基 于 半浮 式半 轴 结构 ， 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ进 行 受力 分析 ， 确 定 半轴在 垂 向力和 扭 矩复 合 作 用下 的 应 力分 布 情 况。Ｃ Ａ Ｄ建模 和 Ｃ Ａ Ｅ分析 两 者的 结合 可 缩短 半轴 的设 计及 制造 成 本 。该 方 法具 有普 遍性 ， 对全 面提 升 汽 车关键 受 力 构件 的 设计 水 平和 设计 质 量具 有 重要 现 实意 义。 关键 词 ： 半 浮式 半轴 ； Ｃ Ａ Ｄ三 维 建模 ； Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ有 限元 分析 ； 静 力 分析 中 图分 类号 ： Ｕ ４ ６ ２
图 ２ 半 浮 式 半 轴 三 维 实 体 模 型
３ 半 轴 有 限 元 分 析
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 是 新 一 代 有 限 元 分 析 环 境 和 应 用 平
台， 有 限元 分 析流 程 分 为 ： 建 ｉ维模 型 ， 简 化 建 有 限元 分
图 １ 半 浮 式 半 轴 结 构 析模型， 网格 划分 ， 施 加边 界 条件 及 载荷 条件 ， 进 行 有 限 元 分 验 证 有限 元 分析 结果 【 ５ １ 。 半浮 式半 轴 广 泛应 用 在 承受 反 力 和弯 矩 较小 的汽 车 上 ， 析， ． １ 网格 划 分 及 材 料 的 选 取 半浮 式 半轴 只能 使半 轴 内端 免 受 弯矩 ， 而 外端 则 承 受全 部 弯 ３
ANSYS轮轴结构的静态分析
2001年10月1日
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-11
Exercise 2001年10月1日 ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-12
2001年10月1日
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-25
练习
Exercise
2001年10月1日
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-26
练习
A. 选 择 Pan-Zoom-Rotate 按 钮 。 会 出 现 PanZoom-Rotate 对话框。
2001年10月1日
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-13
练习
B. 通过Panning, zooming和 rotating操作彻底检 查模型 。练习使用光源选项。 C.完成后将模型返回到Oblique 。保留Pan-ZoomRotate控制菜单供后面练习使用。 [见下页图]
2001年10月1日
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-22
练习
E. 点击Pan-Zoom-Rotate 按钮(如果它没有被激活的话)并且将图 形旋转到图中近似位置。
Exercise 2001年10月1日 ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
ansysworkbench静力分析讲解1
示例
分析一个零件，在圆孔处固定，在手柄和端部受到2MPa压力
问题分析
• 目的：静力分析示例 • 材料：默认材料结构钢 • 模型简化：可以保留模型上的孔，网格精细程度不需要太高，示
意说明问题即可 • 分析：不考虑非线性 • 求解：使用ansys求解器
建立一个分析模块
• 首先打开ansysworkbench • 在左侧的工具箱中直接拖拽 • 建立一个模块 • 静力学模块有3个，区别在
geometry，导入的模型可以是 在三维模型中建好的
模型处理
• 用DM打开模型，可以对模型进行修改 • 包括修复模型，简化孔，简化边缘 • 本次仿真已示意为主，默认设置
网格划分
• 划分网格，修改默认尺寸大小
增加约束
添加压力
求解计算
• 根据不同的要求，会有不同的设置 • 本次采用默认设置
求解
• 如果是要定性说明，一个简单简化的模型就足够了，如果需要定量分析， 模型和网格可能要加大投入。
• 计算时间也同样，简单模型计算快，复杂模型计算慢。
• 想清楚这几个问题，再开始仿真。
静力分析
• 静力分析主要研究由外部载荷引起的结构上的位移，应力，应变 和力，
• 这里指的外部载荷，是不会引起明显的惯性和阻尼效应 • 简单理解，就是缓慢加载，缓慢反应，和时间无关，是受载荷之
后的稳定状态。
静力分析
• 可以施加的载荷类型
• 外部力和压力，比如：静水压力或者大气压 • 稳态惯性力，比如：重力和转动速度 • 非零位移 • 温度
静力分析
• 分析可以是线性的 ，也可以是非线性的，所有的非线性都是被允许的， 非线性包括大变形，塑性，应力强化，接触
• 非线性主要包括三类，几何非线性，材料非线性，接触AnsΒιβλιοθήκη sworkbench静力分析 讲解
基于ANSYS的传动轴受力分析
得分
基于ANSYS的传动轴受力分析1 传动轴建模
三段阶梯轴(单位：mm)
2 传动轴的有限元模型
有限元模型单元类型：Solid45
材料属性：45钢，EX=210E6Mpa ，Prxy=0.3
网格划分：自由划分，控制全局单元大小为5mm 实体单元数目：47165
3 载荷和约束加载
说明载荷和约束大小及加载位置：
一端端面的全约束，另一端面的面载荷p=18Mpa。
4 分析结果
变形图
应力图
最大位移和最大应力各是多少
最大位移：0.257E-4mm
最大应力：23.146Mpa
5 结论
说明应力是否在许用范围内，最大应力出现在什么地方。
45钢：
屈服强度：310Mpa
抗拉强度：570Mpa
所以应力在许用范围内，最大应力出现在轴肩处。
ANSYS在轴类零件有限元分析中的应用
ANSYS在轴类零件有限元分析中的应用孙妍【摘要】运用ANSYS软件对轴类零件进行静力学分析,从而提供了一种完善的设计手段,大大缩短了轴类零件产品的设计周期,减少了设计成本.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2010(000)012【总页数】2页(P40-41)【关键词】ANSYS;轴;应力【作者】孙妍【作者单位】南京信息职业技术学院,机电学院,南京,210046【正文语种】中文【中图分类】TP391.71 引言轴在作为机器正常运转的重要零件时［1］，主要用于支撑轴上零件、传递运动和动力等，因此对其刚度和强度、疲劳可靠性方面都有很高的要求［2］。
随着计算机技术的不断发展，将ANSYS软件应用在轴类零件设计开发中，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［3］。
本文对一轴零件进行有限元静力学分析，分析了该轴在静态情况下的应力应变分布，为轴的设计与制造提供理论依据。
2 ANSYS软件的应用ANSYS软件是集结构、热、流体、电磁场耦合等分析为一体的通用有限元分析软件，它具有强大的前处理及计算分析能力。
它在机械领域主要用于确定结构在载荷作用下的静力、动力、热等行为，研究结构的强度、刚度以及稳定性等问题。
ANSYS基本分析步骤大致可分为以下3个模块：（1）前处理。
主要步骤包括：建立有限元模型、定义材料属性和实常数、单元划分。
（2）加载求解。
主要包括：定义施加载荷及边界条件、设置求解控制参数、求解。
ANSYS中常见的载荷有位移、集中力、均布力、惯性力、温度等。
（3）后处理。
主要包括：读取结果数据、图形显示结果数据、列表显示结果数据以及进行其他相应后续分析。
3 零件强度分析过程3.1 Pro/E建模根据轴的设计尺寸，利用Pro/E软件建立三维模型图1，保存副本为ACIS文件。
在轴类零件中，为了加工方便或美观要求而设置的凹槽、凸台、过渡圆角及倒角等，在承载过程中对轴的影响很小，在建模过程中可以简化，一般不予考虑。
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基于ANSYS的轴类零件有限元静力学分析
马超
（山东科技大学 交通学院，车辆工程2011-1）
前言
轴向受弯扭的杆件在工程中的应用非常广泛。齿轮减速器中的齿轮轴承受扭
矩的作用，如果扭矩过大，或者轴过于细长，则有可能突然变弯，发生稳定失效。
有限元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法。ANSYS软件作为一款
功能强大、应用广泛的有限元分析软件，不仅具备几何建模的模块，而且也支持
其他主流三维建模软件接口，目前在工程技术领域中的应用十分广泛，其有限元
计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。文章在基于有限元分
析软件ANSYS的基础上对轴的承载特性进行了分析
。
摘要：介绍应用ANSYS软件分析轴类零件在扭转载荷压力作用下发生形变量和应
力分布的情况。
关键词：载荷；轴；ANSYS
一 问题分析求解
下图为一轴类零件结构示意图。该零件在两个滚动轴承处受到轴向和径向约
束，左侧键槽侧面受到6000N的均布载荷，右侧键槽侧面受3000N的均布载荷。
模型材料为钢材料，弹性模量为aMP11102，泊松比为0.3。作出等效应力图和
变形图，并进行强度分析。
二 轴有限元模型
2.1 建立轴零件有限元模型
轴为左右对称结构。在Siemens UG NX8.5中建立该轴三维模型，通过接口导
入ANSYS中。
该载荷轴采用Tet 10node 187单元。此单元是一个高阶3维20节点固体结构单元，
每个节点有3个沿x、y和z方向平移的自由度，具有二次位移模式，主要适用于位
移、变形等方面。如果要求精度高，可较好地剖分；如果要求精度不高，由于单
元本身是高阶单元，使用稍微弱一点的网格也可行，能够用于不规则形状，且不
会在精度上有任何损失。
2.2 网格划分
网格划分的过程就是结构离散化的过程，通常轴模型划分的单元越多越密
集，就越能反映实际结构状况，计算精度越高，计算工作量越大，计算时间增长。
由于轴结构属于局部不规则几何体，因此采用自动划分法进行网格划分。该划分
方法能够在规则与不规则几何体之间自动切换，将单元尺寸设置为SIZE=7，得
到轴承座有限元模型的总节点数为73891，总单元数为51808，如下图所示。
2.3 载荷分析
根据该阶梯轴的受力特点，以载荷的形式施加到模型上，在该零件两个滚动
轴承处施加轴向和径向的位移约束，左侧键槽侧面施加6000N的均布载荷，右侧
键槽相对侧面施加3000N的均布载荷，并观察该轴在约束与载荷作用下的应力与
变形情况。
三 计算结果分析
3.1 等效应力分析
零件受载后的等效应力图如下。从下图中可以看出，键槽受载侧面和轴的退
刀槽及台阶处所受应力较大，该轴所受的最小应力为12.0553MPa，最大应力为
23163.3MPa，故满足设计的强度要求。
3.2 弹性变形分析
轴在载荷的作用下产生的变形结果如下图。
从结论可以看出，变形最明显处发生在退刀槽和左侧键槽受载侧面处。轴的
弹性形变量较小，最大形变量为m5-10484.0，能够保证其在给定载荷的情况下
正常工作。
通过应力与应变分析可知，轴的有限元模型的建立、分析结果是客观的，较
为真实的反映了轴在受载荷的作用下的承载特性，且满足设计要求。
结论
综上所述，本文运用力学分析方法，应用ANSYS软件对轴模型进行有限元分
析，了解其结构的应力场分布，通过仿真其工作状态，在设计阶段就可以得到轴
的弹性变形量和应力分布情况，从而对轴进行承载能力研究，为保证工程设计质
量及对现场设备的使用情况具有一定得指导意义。
参考文献：
[1]机械设计手册.机械工业出版社，2000.6.
[2]王国军，李栓成.车辆结构有限元分析.北京：机械工业出版社，2013.10.
[3]王勋成.有限元基本原理与数值方法.北京：清华大学出版社，1997.