第8章

圓軸扭轉(zhuǎn)分析第8章

圓軸扭轉(zhuǎn)分析8.1計算實例8.2實例操作關鍵點8.1計算實例某產(chǎn)品需要一個傳動軸，要求是采用45號鋼加工，長度400mm，橫截面形狀有兩個方案，分別是：采用中空鋼管外徑D1=90mm，內(nèi)徑D2=85mm；采用實心圓柱直徑D=50mm，如果該傳動軸工作時所受最大扭矩為Mn=1.5KN?m，請從兩種結構承受最大剪應力來證明中空鋼管不僅所用鋼材少，而且力學性能也更優(yōu)。理論分析結果：從理論計算結果可知，中空鋼管

力學性能更優(yōu)。

下面我們使用ANSYS軟件證明這個結論。分析項目名稱直徑50mm實心軸外內(nèi)(90/85mm)中空軸最大剪應力(MPa)61.151.2上下兩端面相對轉(zhuǎn)角(rad)1.22×10-25.7×10-3兩種結構橫截面積(mm2)1963687最大變形(mm)0.305×10-30.257×10-3返回本章8.2實例操作關鍵點1.軸對稱回轉(zhuǎn)體零件的網(wǎng)格劃分2.周向自由度的約束3.節(jié)點上施加力矩4.查看傳動軸剪應力返回本章1.軸對稱回轉(zhuǎn)體零件的網(wǎng)格劃分軸對稱回轉(zhuǎn)體零件，不滿足體單元映射網(wǎng)格劃分條件，通常采用先在截面的面單元進行映射網(wǎng)格劃分，然后再沿軸線旋轉(zhuǎn)生成規(guī)則體單元。以該實例為分析對象，其網(wǎng)格劃分過程為：1.定義一個面單元plane183，一個體單元solid186；2.畫出截面形狀，進行網(wǎng)格劃分

下一張1.軸對稱回轉(zhuǎn)體零件的網(wǎng)格劃分3.旋轉(zhuǎn)成體：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS，定義兩個關鍵點來確定旋轉(zhuǎn)軸線。MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>ElemExtOpts，，選擇“2SOLID186”單元，在“VAL1”文本框內(nèi)輸入5，選定“ACLEAER”為“Yes”。MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>AboutAxis，先拾取截面，再拾取剛創(chuàng)建的兩個關鍵點5、6，旋轉(zhuǎn)成體有限元模型。返回本節(jié)2.周向自由度的約束由于傳動軸只承受扭矩，由材料力學知識可知，此時，傳動軸只能沿周向發(fā)生變形，而徑向尺寸是不變的！針對這種情況，就需要我們在分析前約束模型所有節(jié)點的徑向自由度；由前文可知，節(jié)點坐標系才能用于定義每個節(jié)點的自由度和節(jié)點載荷方向。每個節(jié)點都有自己的坐標系，在默認情況下，它總是平行于全局笛卡爾坐標系，而與創(chuàng)建節(jié)點時的活躍坐標系無關。當在節(jié)點上施加與局部柱坐標系方向相同的約束和載荷時，需要將默認節(jié)點直角坐標系旋轉(zhuǎn)局部柱坐標系上。下一張2.周向自由度的約束具體步驟如下：1.創(chuàng)建局部柱坐標系，系統(tǒng)會自動將其設置為活躍坐標系；2.MainMenu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>RotateNodeCS>ToActiveCS，拾取節(jié)點，旋轉(zhuǎn)選節(jié)點坐標系到當前活躍坐標系。MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes，在“Lab2”中選擇UX，約束所選節(jié)點的X方向（即徑向）自由度。返回本節(jié)3.節(jié)點上施加力矩作用在軸兩端的力矩可以這樣來處理：約束軸一個端面的所有自由度，把力矩換算成力加載在位于軸另一端面與外圓柱面相交的圓上的所有節(jié)點之上。因為每個節(jié)點上的力臂等于外圓柱面的半徑，且力的方向為柱坐標系的圓周方向，故力的大小可通過下式計算得到：式中M代表力矩，R外圓柱面的半徑，N為節(jié)點數(shù)。如以本題為例：F=1500/(40×0.045)=833.33N。返回本節(jié)4.查看傳動軸剪應力要想查看傳動軸所受剪應力，就必須把傳動軸剖開，因為只有內(nèi)部才有剪應力，其操作步驟為：1.選取部分模型：UtilityMenu>Select>Entities，如圖所示，選取Z坐標值從0到0.2的所有節(jié)點；再次選擇附著在節(jié)點上的所有單元。2.查看剪應力UtilityMenu>Plot>Results>ContourPlot>ElemSolutio