搜索基于ANSYS的曲軸受力分析與改進(jìn)【轉(zhuǎn)載】
2016-11-01 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
最近在網(wǎng)上大家關(guān)注我的一篇關(guān)于曲軸的受力分析的文章較多,在此分享一下。另外,該文章為讀書(shū)時(shí)候老師最后布置的一項(xiàng)作業(yè),僅僅是為了糊弄一下老師,簡(jiǎn)要說(shuō)明一下。
該曲軸的主要是在ANSYS經(jīng)典界面中建立模型的,其實(shí)由于ANSYSworkbench的出現(xiàn),推薦大家以后使用ANSYSWorkbench的界面中做分析吧,這就好比傻瓜相機(jī)和專業(yè)相機(jī)的區(qū)別,作為接觸該軟件的新手,建議大家先接觸傻瓜相機(jī)吧。以后用到相關(guān)技巧的話可以插入APDL命令的方式來(lái)完成。
基于Ansys曲軸受力分析與改進(jìn)
曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分之一,它的作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),再將這一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給其他機(jī)械。曲軸的受力情況是曲軸使用壽命的關(guān)鍵,如何提高受力情況,改進(jìn)曲軸的結(jié)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的關(guān)鍵之處。因此本次分析,對(duì)曲軸在不同階段的受力情況進(jìn)行了分析,并將受力最大的地方進(jìn)行改進(jìn),以減小內(nèi)應(yīng)力,提高曲軸的使用壽命。
在ansys中對(duì)曲軸進(jìn)行建模,并劃分網(wǎng)格。
在ansys建模時(shí)采用自頂向下的方式建模,建立圓柱,再依次向右建模,采用面拉伸,在相同結(jié)構(gòu)時(shí)候可以采用copy命令進(jìn)行復(fù)制,在不同部分采用偏移工作平面的方式進(jìn)行局部繪圖,最后將所做的幾部分實(shí)體圖進(jìn)行布爾加操作,使之成為一個(gè)整體。為了便于劃分網(wǎng)格,以及受力分析是便于施加90°方向的面壓力,采用divide\volume by workplane劃分實(shí)體為兩部分。繪制的最終結(jié)構(gòu)圖如圖所示。
劃分網(wǎng)格時(shí)候,該結(jié)構(gòu)采用solids45單元進(jìn)行劃分,全體尺寸采用10.劃分時(shí)由于該結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,曲軸受力不均勻,因此用free自由網(wǎng)格劃分。劃分結(jié)果如圖所示。
在受力情況中,對(duì)齊材料屬性為:彈性模量3E7,泊松比0.3
由于汽缸活賽在工作工程中,每次循環(huán)有四個(gè)沖程:壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程、吸氣沖程,因此對(duì)曲軸左右部分進(jìn)行不同時(shí)間的受力情況分析。
由于兩曲軸的發(fā)動(dòng)機(jī),在一側(cè)是做功沖程的時(shí)候,另一側(cè)是排氣沖程,因此兩曲軸在相同時(shí)刻受力情況不同。本次分析對(duì)左側(cè)做功沖程時(shí)候受力最大的時(shí)候進(jìn)行分析。
該曲軸左右兩端軸肩的外斷面進(jìn)行位移約束,對(duì)曲柄上進(jìn)行受力分析。
3.受力分析
3.1對(duì)左曲軸的受力分析
左曲軸180°范圍內(nèi)受力情況,受力大小為200,采用Press面壓力;右側(cè)180范圍內(nèi)受力情況為20.其受力情況如圖所示。
對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算,其變形情況如同所示,受力云圖如圖所示。
可見(jiàn)在左側(cè)受力時(shí)軸的左側(cè)根部受力情況最大,容易發(fā)生破壞,右側(cè)較小。
3.2對(duì)左側(cè)90°范圍內(nèi)受力情況如圖所示
內(nèi)應(yīng)力如圖所示,結(jié)果顯示根部受力最大。
3.3對(duì)左側(cè)在壓縮沖程結(jié)束后做受力情況如同所所示
變形情況如圖所示
4.對(duì)右曲軸的受力分析
右曲軸180°范圍內(nèi)受力情況,受力大小為200,采用Press面壓力;左側(cè)180范圍內(nèi)受力情況為20.其受力情況如圖所示。
對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算,其變形情況如同所示,可見(jiàn)在受力情況如圖所示。
右側(cè)受力時(shí)候同樣軸的根部受力情況最大,容易發(fā)生破壞.
5.改進(jìn)方法及受力分析
為了改進(jìn)以上的缺點(diǎn),在曲軸的收應(yīng)力最大的地方采用倒角的方法進(jìn)行該進(jìn)。本次結(jié)構(gòu)倒角處采用到直角邊長(zhǎng)為2.其結(jié)構(gòu)圖如圖所示,
再對(duì)相同地方,相同時(shí)刻進(jìn)行受力分析,受力以及大小如圖所示。
5.1左側(cè)180°范圍內(nèi)受力
分析結(jié)果如圖所示
5.2右側(cè)90°范圍內(nèi)受力
受力云圖如圖所示。
5.3右側(cè)180°范圍內(nèi)受力
結(jié)果如圖所示
6.結(jié)果
通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)在軸類零件的結(jié)構(gòu)中,在軸肩的根部進(jìn)行倒直角或者倒圓角可以明顯減少零件的內(nèi)應(yīng)力情況,以提高零件的壽命,這對(duì)機(jī)械的壽命延長(zhǎng)起
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