(西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 陜西 西安 710000)

基于ANSYS APDL的翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

胡一凡

(西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院陜西西安710000)

用solidworks對(duì)翻轉(zhuǎn)軸進(jìn)行三維建模，利用SolidWorks與Ansys的接口實(shí)行無(wú)縫對(duì)接，應(yīng)用ANSYS APDL對(duì)翻轉(zhuǎn)軸進(jìn)行強(qiáng)度、剛度有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)以后翻轉(zhuǎn)軸的改進(jìn)提供了理論依據(jù)。

有限元分析；SolidWorks；ANSYS APDL；翻轉(zhuǎn)軸

引言

翻轉(zhuǎn)機(jī)是由翻轉(zhuǎn)軸、固定板、導(dǎo)向軸、同步輪、鏈條軌道等組成，實(shí)現(xiàn)貨物立式輸送的機(jī)械，如圖1所示。翻轉(zhuǎn)軸作為翻轉(zhuǎn)機(jī)重要的一部分，承受巨大重量，使之旋轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度和壽命對(duì)于翻轉(zhuǎn)機(jī)的可靠性產(chǎn)生了巨大影響，所以對(duì)翻轉(zhuǎn)軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析，對(duì)判斷翻轉(zhuǎn)機(jī)的使用壽命和安全性有有重大意義。

隨著信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的快速滲透，CAE技術(shù)已經(jīng)得到了大眾的認(rèn)可和應(yīng)用，其中ANSYS是全世界運(yùn)用最廣泛的CAE軟件，是世界范圍內(nèi)上升速度最快的CAE軟件，它是由美國(guó)ANSYS(Swanson Analysis System)公司研制的大型通用有限元分析(FEA)軟件，它能夠在 結(jié)構(gòu)、熱、聲、流體以及電磁場(chǎng)等方面進(jìn)行研究，在鐵路、航空、國(guó)防、汽車、電子、建筑、水利水電、船舶、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有大量的運(yùn)用。它可以在大多數(shù)計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)中運(yùn)行，從個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)到工作站再到巨型計(jì)算機(jī)，而且它可以與各種CAD軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和交換。一系列的優(yōu)點(diǎn)讓ANSYS成為對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行有限元分析十分可靠的軟件。

本文以某廠FY-5翻轉(zhuǎn)機(jī)的翻轉(zhuǎn)軸為例基于Solidworks和Ansys APDL設(shè)計(jì)計(jì)算，給出了翻轉(zhuǎn)軸總位移的分布云圖和應(yīng)力云圖。

圖1 翻轉(zhuǎn)機(jī)

一、翻轉(zhuǎn)軸分析流程

有限元分析一般包括以下流程：①利用solidworks對(duì)翻轉(zhuǎn)軸進(jìn)行三維建模。②將翻轉(zhuǎn)軸三維模型導(dǎo)入ANSYS APDL中并生成有限元模型。③給翻轉(zhuǎn)軸施加約束和載荷。④在ANSYS APDL中進(jìn)行有限元分析并得到各種云圖。流程如下：

圖2 有限元分析流程

二、翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)軸的模型建立

在對(duì)翻轉(zhuǎn)軸建模之前，我們必須對(duì)它進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確保它與其他零件的連接準(zhǔn)確，并滿足調(diào)整要求。翻轉(zhuǎn)軸實(shí)體模型如圖3所示。

將SolidWorks中模型導(dǎo)入到ANSYS APDL中方法有多種，其中最簡(jiǎn)便的無(wú)縫對(duì)接方式為將模型保存為X.T格式，再由ANSYS APDL打開，模型信息幾乎不會(huì)丟失，即便出現(xiàn)丟失情況，也可回到SolidWorks進(jìn)行調(diào)整，耗費(fèi)時(shí)長(zhǎng)比在APDL中少，節(jié)約了時(shí)間。導(dǎo)入的有限元模型如圖4所示。

三、有限元結(jié)果分析

文中翻轉(zhuǎn)軸材料為Q235，參數(shù)如下：

表1 參數(shù)選擇

定義材料為各向同性，因?yàn)榉D(zhuǎn)軸收到壓力時(shí)，單位面積上的受力和形變比是一定的。

根據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)Y-5翻轉(zhuǎn)機(jī)的最大承載為5T。

(一)翻轉(zhuǎn)軸的垂直彎曲剛度

圖5總位移變形

圖6應(yīng)力云圖

求解所得位移云圖如圖5。

求解得出應(yīng)力云圖如圖6所示。

(二)結(jié)果分析

從圖5等效位移云圖可以看出該翻轉(zhuǎn)軸最大形變發(fā)生在翻轉(zhuǎn)軸末端底座承載面處，變形量從底座從上往下逐漸遞減。底座沿著另一端逐漸遞減，最大位移為9.81005mm。從圖6等效應(yīng)力云圖可以看出翻轉(zhuǎn)軸一端固定，另一端施加載荷，最大應(yīng)力發(fā)生在翻轉(zhuǎn)軸底座邊角處。

四、結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用ANSYS APDL對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)軸進(jìn)行靜力學(xué)分析，得出位移云圖和應(yīng)力云圖，非常直觀的反映出翻轉(zhuǎn)軸在一端受力情況下各個(gè)部分的受力特點(diǎn)。從而為未來(lái)翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度校核提供了依據(jù)。

[1]JAMES M.PILCH(美)，等.使用有限元分析以改善重載運(yùn)輸車軸[J].國(guó)外鐵道車輛，2007，(4).

[2]田合強(qiáng)，高福來(lái)，鄔平波.高速列車車軸強(qiáng)度計(jì)算方法對(duì)比分析[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2009，30(2).

[3]佘高翔，馬力，王元良，等.半掛車行走機(jī)構(gòu)車軸不平行對(duì)輪胎磨損影響的仿真研究 [D].武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，1002-4581(2009)04- 0018- 03.

[4]Dooling T A,Cook C.J.[J].Appl Phys,2001,69(8):5355.

[5]Srinivasan T T,Sankar S G,Patil K C.J.[J].Appl Phys,2003,63(8):3789.

[6]Goya G F,Rechenberg H R.J.[J].Magn Magn Mater,2004,19(6):191.

胡一凡，男，漢族，湖北武漢人，工程碩士，西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，研究方向CAE。