减速器主轴有限元强度与变形计算(附件)【字数：7305】
摘 要减速器被广泛应用于机械设备的典型，它的设计一直是我们经常学习和研究的重点，而本文中研究的重点则是减速器主轴。主轴与作业机械直接连接，不仅要承受轴齿轮的啮合力，而且还要传递很大的扭矩，其强度决定了减速器的使用寿命，主轴结构比普通传动轴更复杂 ，因为他的的不规则性，实际破坏部分采用传统方法确定和检查很麻烦，计算结果误差很大，所以我们不能使用直接的计算得出。为了给减速机主轴的设计提供理论依据，有必要对其结构方面设计的应力分布有明确的认识，同时也给危险部件的改进提供理论依据。本文采用有限元法进行分析，对减速器主轴质量优化给出一些方案。使用UG画出所给出减速器主轴零件的三维图，然后利用HyperMesh软件进行减速器主轴有限元分析，根据应力分布图，找出零件不合理的地方。并根据所查阅轴类方面的一些知识，对主轴进行合理的修改。本文中采用在对称位置在挖一个槽的方式，然后再依次用UG、HyperMesh软件重新进行有限元分析，优化修改，最终的优化方案使得最大应力减少了11.5%，最大变形量减少了12.3%，还保证了强度要求。
目 录
第一章 有限元分析产生及发展 1
1.1 有限元产生 1
1.2 有限元发展 1
1.3 有限元国内外状况 1
第二章 有限元概念与理论 2
2.1 有限元概念 4
2.2 有限元理论 4
第三章 零件模型处理与有限元分析文件建立 6
3.1 软件介绍 6
3.2 三维模型处理 6
3.2.1 模型的建立 6
3.2.2 三维模型导入 7
3.3 划分网格 7
3.4 材料属性定义 8
3.5 约束条件 10
3.6 载荷条件 11
第四章 计算结果分析 13
4.1 有限元分析结果 13
4.2 主轴结构优化 14
第五章 总 结 17
致 谢 18
参考文献 19
第一章 有限元分析产生及发展
1.1 有限元产生
有限元是将求解域作为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
有限元的小互连子域，对每个单元赋予一个适当的近似解，然后推导出总体域的满足条件，从而解决问题。它是用数学近似法对物理系统进行真实模拟。有限元的概念已经在几个世纪前产生和应用，就像通过使用多边形近似圆来找到圆的圆周，但有限元是作为一种新方法呈现的新事物[1]。在经过先人几十年的拼搏努力，伴随着计算机技术的飞速发展，计算机已经变得非常普及，有限元方法从结构工程实力分析迅速扩大到几乎所有科技领域，如今已成为一个丰富多彩，被广泛应用而且实用性很高的数值分析方法。有限元法最初被称为矩阵逼近法，用于计算航天飞机的结构强度，由于它的方便性，实用性和有效性，所以从事力学的科学家对此非常感兴趣[2]。
1.2 有限元发展
有限元这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了三十多年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善[3]。近年来，通过计算机技术和数值分析方法开发的有限元分析（FEA）方法为解决这些复杂的工程分析和计算问题提供了有效的途径[4]?。其实在40年代，就有人提出离散元素法来解决力学问题。50年代因航空工业的需要，美国专家首次使用了三节点三角形单元。1960年美国一位教授在一篇文章中首先使用了有限元一词，此后这一名称得到广泛承认。20世纪60年代有限元得到快速发展，不仅力学界，数学界也参与了有限元的研究，扩大了有限元的应用范围。70年代，有限元的范围已经扩展到大多数工程领域，有静力学领域问题扩展到动力学问题，由线性问题扩展到非线性问题，许多复杂工程问题因此都能轻松的得到解决。电子计算机的迅速发展让有限元在许多现实问题中变为了现实，而且前景非常广阔[5]。随着现代科学技术的发展，人们不断建立更加快速的交通工具，还有许多方面用到的精密机械设备，所有这些都需要工程师在设计阶段准确预测产品和工程的技术性能，还需要分析计算结构的静态和动态强度，以及流场，温度场，电磁场等技术参数[6]。例如，计算地震中高楼和大型桥梁所受到的影响，看是否会发生灾难性事故；分析涡轮叶片流体动力学参数；核反应堆温度场的分析计算，以确定传热和冷却系统是否合理。如果这些都去归结于偏微分方程的物理问题，那么这些问题往往是很难解决的，所以有限元在这些问题上都得到了广泛运用。在今天的国际CAE软件开发中，我们可以看到一些有限元分析的发展趋势：
与CAD软件无缝集成，更强大的网格处理能力，从求解非线性问题到求解线性问题的发展，从单一结构的求解到耦合领域问题的求解。
在CAD技术快速发展的今天，用户能够直接使用有限元软件读取CAD上的数据，几何处理、网格划分求解控制和后处理都能一并进行。从自行车到航天领域，有限元法在工程设计与分析方面将受到越来越广泛的关注，所有的设计和制造都与有限元分析计算密不可分。 [8]目前以分析、优化和仿真为特征的CAE技术在全球蓬勃发展。正是有了先进的CAE技术能够快速有效地分析产品的各种特点，才能清晰的揭示产品性能变化受各参数的影响程度，再进行修改设计和结构调整，从而达到最佳性能和质量，原料消耗也达到了最低。因此，基于计算机分析、优化和仿真的CAE技术的研究和应用是高品质、高水平和低成本产品设计开发的保证，所以有限元将会在未来的科技发展上有着不可替代的作用。
1.3 有限元国内外状况
国际上20世纪50年代末，60年代初期，世界上很多发达国家投入了大量的人力物力资源，开发了具有强大功能有限元分析程序。其中NASTRAN，ANSYS,ASKA，COSMOS等最为著名。NASTRAN系统作为领军者已开发出数十种版本，是世界上最大、功能最强大的有限元分析系统。至此之后，世界各地的研究机构和大学开发了一些小而灵活、成本低廉具有特殊用途的一般有限元分析软件，主要有美国ABQUS、ADINA、ANSYS 、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE、英国PAFEC、德国ASKA、法国SYSTUS等公司的产品。这些发达国家的有限元分析水平，一直走在世界前列。近年来就有一项关于假牙的有限元分析研究，在施加力后，应力如图11，应变如图12，利用有限元进行模拟计算，找出了假牙上最薄弱的环节，从而进行结构方面的优化，提高患者对假体治疗质量的认知。
目 录
第一章 有限元分析产生及发展 1
1.1 有限元产生 1
1.2 有限元发展 1
1.3 有限元国内外状况 1
第二章 有限元概念与理论 2
2.1 有限元概念 4
2.2 有限元理论 4
第三章 零件模型处理与有限元分析文件建立 6
3.1 软件介绍 6
3.2 三维模型处理 6
3.2.1 模型的建立 6
3.2.2 三维模型导入 7
3.3 划分网格 7
3.4 材料属性定义 8
3.5 约束条件 10
3.6 载荷条件 11
第四章 计算结果分析 13
4.1 有限元分析结果 13
4.2 主轴结构优化 14
第五章 总 结 17
致 谢 18
参考文献 19
第一章 有限元分析产生及发展
1.1 有限元产生
有限元是将求解域作为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
有限元的小互连子域，对每个单元赋予一个适当的近似解，然后推导出总体域的满足条件，从而解决问题。它是用数学近似法对物理系统进行真实模拟。有限元的概念已经在几个世纪前产生和应用，就像通过使用多边形近似圆来找到圆的圆周，但有限元是作为一种新方法呈现的新事物[1]。在经过先人几十年的拼搏努力，伴随着计算机技术的飞速发展，计算机已经变得非常普及，有限元方法从结构工程实力分析迅速扩大到几乎所有科技领域，如今已成为一个丰富多彩，被广泛应用而且实用性很高的数值分析方法。有限元法最初被称为矩阵逼近法，用于计算航天飞机的结构强度，由于它的方便性，实用性和有效性，所以从事力学的科学家对此非常感兴趣[2]。
1.2 有限元发展
有限元这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了三十多年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善[3]。近年来，通过计算机技术和数值分析方法开发的有限元分析（FEA）方法为解决这些复杂的工程分析和计算问题提供了有效的途径[4]?。其实在40年代，就有人提出离散元素法来解决力学问题。50年代因航空工业的需要，美国专家首次使用了三节点三角形单元。1960年美国一位教授在一篇文章中首先使用了有限元一词，此后这一名称得到广泛承认。20世纪60年代有限元得到快速发展，不仅力学界，数学界也参与了有限元的研究，扩大了有限元的应用范围。70年代，有限元的范围已经扩展到大多数工程领域，有静力学领域问题扩展到动力学问题，由线性问题扩展到非线性问题，许多复杂工程问题因此都能轻松的得到解决。电子计算机的迅速发展让有限元在许多现实问题中变为了现实，而且前景非常广阔[5]。随着现代科学技术的发展，人们不断建立更加快速的交通工具，还有许多方面用到的精密机械设备，所有这些都需要工程师在设计阶段准确预测产品和工程的技术性能，还需要分析计算结构的静态和动态强度，以及流场，温度场，电磁场等技术参数[6]。例如，计算地震中高楼和大型桥梁所受到的影响，看是否会发生灾难性事故；分析涡轮叶片流体动力学参数；核反应堆温度场的分析计算，以确定传热和冷却系统是否合理。如果这些都去归结于偏微分方程的物理问题，那么这些问题往往是很难解决的，所以有限元在这些问题上都得到了广泛运用。在今天的国际CAE软件开发中，我们可以看到一些有限元分析的发展趋势：
与CAD软件无缝集成，更强大的网格处理能力，从求解非线性问题到求解线性问题的发展，从单一结构的求解到耦合领域问题的求解。
在CAD技术快速发展的今天，用户能够直接使用有限元软件读取CAD上的数据，几何处理、网格划分求解控制和后处理都能一并进行。从自行车到航天领域，有限元法在工程设计与分析方面将受到越来越广泛的关注，所有的设计和制造都与有限元分析计算密不可分。 [8]目前以分析、优化和仿真为特征的CAE技术在全球蓬勃发展。正是有了先进的CAE技术能够快速有效地分析产品的各种特点，才能清晰的揭示产品性能变化受各参数的影响程度，再进行修改设计和结构调整，从而达到最佳性能和质量，原料消耗也达到了最低。因此，基于计算机分析、优化和仿真的CAE技术的研究和应用是高品质、高水平和低成本产品设计开发的保证，所以有限元将会在未来的科技发展上有着不可替代的作用。
1.3 有限元国内外状况
国际上20世纪50年代末，60年代初期，世界上很多发达国家投入了大量的人力物力资源，开发了具有强大功能有限元分析程序。其中NASTRAN，ANSYS,ASKA，COSMOS等最为著名。NASTRAN系统作为领军者已开发出数十种版本，是世界上最大、功能最强大的有限元分析系统。至此之后，世界各地的研究机构和大学开发了一些小而灵活、成本低廉具有特殊用途的一般有限元分析软件，主要有美国ABQUS、ADINA、ANSYS 、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE、英国PAFEC、德国ASKA、法国SYSTUS等公司的产品。这些发达国家的有限元分析水平，一直走在世界前列。近年来就有一项关于假牙的有限元分析研究，在施加力后，应力如图11，应变如图12，利用有限元进行模拟计算，找出了假牙上最薄弱的环节，从而进行结构方面的优化，提高患者对假体治疗质量的认知。
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