轴有限元分析 1 概述 本计算是对轴进行强度校核仿真，通过SOLIDWORKS 软件对轴进行三维几何建模，在ANSYS/WORKBENCH 软件中进行有限元网格划分、载荷约束施加，计算轴在工作状态下的结构应力及形变量，校核轴的强度是否满足要求。 2 材料参数 轴采用的材料——，其材料各力学属性见表 1。 表1 材料属性 材料名称 弹性模量 泊松比 密度 —— 200GPa 0.3 7850kg/m 3 3 结构有限元分析 3.1 结构几何模型 打开 WORKBENCH 软件，将 Static Structural 模块左键按着拖入到右侧工作窗口内，如图 1。 图 1 右键点击 Geometry，选择 Import Geometry，点击 Browse，最后选择我们在SOLIDWORKS 里面建好的三维模型，如图 2 所示。 图2 双击Geometry，进入DM 界面。右键点击Import1，点击Generate,最终显示的几何模型如图3 所示。 图3 3.2 结构有限元模型 关闭 DM 界面，重新回到工作窗口。双击Model，如图5 所示。 图4 双击Model 后，进入DS 界面。左键点击Mesh，左键点击Generate Mesh，进行网格划分，最终画好的有限元模型如图5 所示。 图5 3.3 载荷和约束 3.3.1 载荷 根据轴的工作方式，在轴的右端齿面上的载荷分别圆周力、径向力、和轴向力其中通过计算得到，圆周力为90.42N,径向力为33.80N，轴向力为21.2N，其次在轴中段会施加一个弯矩，大小为278.5N·mm。具体的载荷施加如图 6 所示。 图 6 3.3.2 约束 根据轴的工作方式，在轴的两端添加约束，即 距离左端3.5mm 处和距离右端15mm 处固支。点击 Support 选择 Fixed Support，选择约束处，点击Apply，如图 7 所示。 图 7 3.4 有限元计算结果 在设置好载荷和约束后，点击Solution，选择Insert，选择Deformation，选择Total，添加变形约束结果显示，点击Solution，选择Insert，选择Stress，选择Von-Mises，添加应力结果显示。右键点击Solution，点击Solve，进入计算求解过程。 3.4.1 形变云图 计算完成后，点击 Total Deformation，查看轴在工作状态下的形变云图，具体结果见图8。 图 8 3.4.2 应力云图 计算完成后，点击Equivalent Stress，查看轴在工作状态下的应力云图，具体结果见图9。 图9 4 结论 通过WORKBENCH 对轴进行有限元计算，最终得到轴在工作状态下的结构形变云图和应力云图。通过计算结果可的，轴在工作状态下的最大应力为168.4MPa，最大形变为0.007mm，材料的许用应力在200MPa甚至 300MPa以上，故轴强度满足要求。
