基于平轉(zhuǎn)浸出器傳動軸的ANSYS的有限元分析

姜云寬

(遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009)

科技與應(yīng)用

基于平轉(zhuǎn)浸出器傳動軸的ANSYS的有限元分析

姜云寬

(遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009)

通過對平轉(zhuǎn)浸出器傳動軸進行ANSYS有限元分析，對其進行了強度校核，驗證了傳動軸工作狀態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變情況。從分析的結(jié)果可以確定傳動軸的危險截面，可以看出傳動軸主要受到齒輪徑向力和減速機端扭矩的作用在危險截面處形成的過大應(yīng)力，導(dǎo)致發(fā)生形變。結(jié)合有限元分析結(jié)果，對浸出器傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了改進，改善了傳動軸材料和生產(chǎn)工藝。

平轉(zhuǎn)浸出器傳動軸；ANSYS；有限元分析

浸出器是油脂加工企業(yè)生產(chǎn)線上的核心設(shè)備，其作用是將油料中的油脂與油料分離。1919年德國人Bollman設(shè)計的第一臺連續(xù)操作的直立籃斗式浸出器問世。之后又出現(xiàn)了如U形螺旋式浸出器、塔式浸出器、盤式浸出器、水平籃斗式浸出器等多種連續(xù)式浸出設(shè)備。但是這些浸出設(shè)備在技術(shù)性能和技術(shù)指標等方面都有某些不足之處。目前，浸出設(shè)備又向適應(yīng)于大型化方面發(fā)展，最受推崇和應(yīng)用最多的是環(huán)形浸出器和平轉(zhuǎn)浸出器。

1 ANSYS軟件介紹

ANSYS軟件由美國ANSYS公司出品，目前是世界CAE行業(yè)中的最大公司。ANSYS的技術(shù)涵蓋了多個學(xué)科領(lǐng)域。不論是需要結(jié)構(gòu)分析、熱力、流體、顯式分析、電磁學(xué)、系統(tǒng)仿真還是需要數(shù)據(jù)管理，ANSYS的產(chǎn)品均能為滿足要求。在ANSYS所能提供的工具的廣度及數(shù)量上均可堪稱是絕無僅有。ANSYS軟件可以實現(xiàn)高效的工作流程，具有開放性和適應(yīng)性等特性。

2 平轉(zhuǎn)浸出器傳動軸建模

采取拉伸和布爾運算的方法，利用UG軟件生成建模。傳動軸在機械中常用來傳遞動力和扭矩。創(chuàng)建傳動軸時，首先是生成傳動軸的一端軸徑，然后根據(jù)圖紙的尺寸依次進行拉伸，生成其他軸徑，接著設(shè)置基準面，創(chuàng)建鍵槽，并進行相應(yīng)的倒角操作(圖1)。

圖1 傳動軸建模圖

3 平轉(zhuǎn)浸出器傳動軸加載

將UG圖紙輸出為格式x＿t,將圖紙存成國際通用的IGES格式，并將此文件用ANSYS打開。劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的一個重要環(huán)節(jié)，所劃分的網(wǎng)格形式將直接影響計算精度和計算規(guī)模。本文對其進行尺寸控制的方法劃分，并對其局部進行加密處理。網(wǎng)格模型共含有64292個節(jié)點，35788個單元。材料與邊界條件選擇：根據(jù)現(xiàn)有傳動軸材料45鋼，其抗拉強度為980MPa，屈服極限為785MPa，密度為7．85e+03kg/m3，楊氏模量為210GPa，泊松比為0.28，切變模量為82.03GPa，選中主軸兩端面，并設(shè)置其在x、y、z方向的自由度均為0(圖2)。

圖2 將iges加載到ansys軟件

4 平轉(zhuǎn)浸出器傳動軸工況設(shè)置

為方便計算分析，實現(xiàn)快速有效地求解，在研究過程中引入如下假設(shè)：

(1)將模型理想化(忽略實際加工制造中可能存在的各種誤差和影響因素)；

(2)設(shè)備內(nèi)部的液體壓力遠遠大于密封部件的重力，故忽略密封部件的重力影響；

(3)壓力處理設(shè)備在實際的工作時，容器壁與端蓋由于所選材料的彈性模量與金屬密封圈相比相對較大，受到的內(nèi)壓作用產(chǎn)生的整體變形是相當微小的，故忽略其變形。視在工作狀態(tài)下，根據(jù)軸承和軸的配合公差設(shè)置條件(圖3)。

圖3 設(shè)置工作條件

5 平轉(zhuǎn)浸出器傳動軸求解

定義完所有的邊界條件以后，對有限元模型進行求解。分析過程(如圖4.1)。靜力學(xué)分析的目的是在設(shè)定邊界條件下得到傳動軸的的總體變形、等效von-Mises應(yīng)力和等效應(yīng)變的結(jié)果，如圖(4.2，4.3)所示，

圖4.1 分析計算

圖4.2 傳動軸的形變效果圖

得到計算結(jié)果為，最大應(yīng)力為121.87MPa,主傳動軸產(chǎn)生的最大變形X軸方向為0.43856mm，Y軸0.0063014mm,Z軸0.0061218mm,總變形為0.46214mm，其發(fā)生的最大變形位于傳動軸和小齒輪、軸承等相結(jié)合的部位。與理論計算的傳動軸易產(chǎn)生變形部位相一致，與設(shè)備實際使用中易損部位也一致。

圖4.3 傳動軸的應(yīng)力效果圖

6 結(jié)語

對平轉(zhuǎn)浸出器傳動軸進行ANSYS有限元分析，驗證了傳動軸工作狀態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變情況，從分析的結(jié)果可以確定傳動軸的危險截面，可以看出傳動軸主要受到齒輪徑向力和減速機端扭矩的作用在危險截面處形成的過大應(yīng)力，導(dǎo)致發(fā)生形變。最后，結(jié)合有限元分析結(jié)果，對浸出器傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了改進，增加了壓輪機構(gòu)，改善了傳動軸和齒輪的材料和生產(chǎn)工藝。

[1]張偉春. 關(guān)于平轉(zhuǎn)浸出器設(shè)計的幾點建議[J]. 中國油脂,2003(12):40-41.

[2]叢基慶,張偉春,張雷. 平轉(zhuǎn)浸出器傳動系統(tǒng)整體改造[J]. 中國油脂,2005(06):18-19.

[3]趙凱,曾億山,牛家忠. 基于ANSYS Workbench的前軸分析和優(yōu)化設(shè)計[J]. 機械工程與自動化,2015(02):53-55.

(責任編輯：孫 強)

Finite Element Analysis of ANSYS Based on Horizontal Drive Shaft

JIANG Yunkuan

(Liaoning Electromechanical Vocational and Technical College, Dandong, Liaoning 118009, China)

Based on the rotocel transmission shaft of ANSYS finiteelement analysis, this paper checks its strength, verifies the working state of the transmission shaft stress and strain. From the results of the analysis can determine the dangerous section of the driving shaft, we can see that the stress is mainly affected by the transmission shaft gear reducer radial force and end the torque of the role in the formation of dangerous section, causing deformation. According to the results of finite element analysis, the structure of leaching drive system has been improved, to improve the production process and material transmission shaft.

horizontal drive shaft; ANSYS; finite element analysis

2017-03-06

姜云寬(1982-)，男，遼寧丹東人，機械工程系講師，主要研究方向為機械自動化及實踐加工。

TG375

A

1671-4385(2017)02-0099-03