(胡鵬)最終論文

1、南京林業(yè)大學(xué)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題題 目：目： 軋機十字軸式萬向節(jié)軋機十字軸式萬向節(jié) 叉頭力學(xué)響應(yīng)研究叉頭力學(xué)響應(yīng)研究 學(xué)學(xué) 院：院： 汽車與交通工程 專專 業(yè)：業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 （汽車設(shè)計方向） 學(xué)學(xué) 號：號： 080306107 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 胡 鵬 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 周 家 付 職職 稱：稱： 講 師 二二 O 一二年五月二十日一二年五月二十日I摘摘 要要十字軸式萬向節(jié)是軋機中非常重要的部件，其具有傳遞扭矩大、應(yīng)力大、沖擊大、尺寸受空間嚴(yán)格限制等特點。經(jīng)過查閱文獻資料，了解軋機結(jié)構(gòu)的最新產(chǎn)品成果，發(fā)現(xiàn)軋機的主傳動系統(tǒng)多次發(fā)生斷裂的設(shè)

2、備事故，其中萬向節(jié)叉頭斷裂是主要失效形式，嚴(yán)重影響了厚板軋機的正常生產(chǎn)，大大增加了設(shè)備檢修和備品備件的成本。為解決厚板主傳動軸異常斷裂的問題和提高其修復(fù)技術(shù)，有必要對軋機十字軸式萬向節(jié)進行力學(xué)響應(yīng)研究。本文主要是用 UG 軟件（NX 7.0）建立萬向節(jié)叉與十字軸模型并進行裝配。在 UG 中進行裝配模型的有限元分析，將十字軸模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件（ANSYS 12.0）進行萬向節(jié)叉與十字軸模型的靜力學(xué)有限元分析，并與相應(yīng)材料的許用應(yīng)力值作比較，得出相應(yīng)的結(jié)論，在得出結(jié)論的基礎(chǔ)上進行一定的優(yōu)化處理，為軋機十字軸式萬向節(jié)的力學(xué)響應(yīng)研究提供了有效的可行方案。運用傳統(tǒng)方法對十字軸的彎曲應(yīng)力與切應(yīng)力進

3、行分析，并與有限元法作比較。關(guān)鍵詞：萬向節(jié)叉關(guān)鍵詞：萬向節(jié)叉 十字軸十字軸 UG 建模建模 ANSYS 分析分析 有限元有限元 IIABSTRACTUniversal joint of cross shaft is a very important component in rolling mill, it has the characteristics that transmission torque is large, stress is great, impact is big, dimension is strictly and so on. Through access to lit

4、erature, to understand the structure of the rolling mill of the new product, found the main transmission system thick heavy rolling mill repeatedly happens large equipment accidents, the main failure is universal joint fork fracture, which seriously affected the thick heavy rolling mill normal produ

5、ction and spare parts cost. To solve the thick heavy plated mills main shaft abnormal fracture problem and improve its repair technology, it is necessary to analysis the response from the universal joint of cross shaft. This article will establish the models of universal joint fork and cross shaft,

6、and assemble them in the software of UG (NX 7.0). Also, it will use finite element analysis on the model of assembly, Then the model will be into software of ANSYS (ANSYS 12.0), it can analysis the static force of the universal joint fork and the model of cross shaft based on finite element, and com

7、pare it with allowable stress of the material, to get a conclusion. It needs to optimization the parameters based on the conclusion to offer an effectively scheme for the research from the universal joint of cross shaft in rolling mill conclude on the basis of a certain processing for rolling mill.

8、Finally, this article will analysis the bending stress and shear stress of the cross shaft based on the traditional method and compare it with the result of finite element t.Key words: universal joint fork cross shaft UG modeling ANSYS analysis finite elementIII目目 錄錄摘摘 要要 .IABSTRACTABSTRACT .II前前 言言

9、 .1第第 1 1 章章 軟件簡介軟件簡介 .31.1 UG 簡介 .31.2 UG NX 有限元分析操作流程.41.3 ANSYS 簡介 .5第第 2 2 章章 萬向節(jié)與有限元法研究的相關(guān)概況萬向節(jié)與有限元法研究的相關(guān)概況 .82.1 課題的研究背景及意義.82.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展.82.2.1 傳統(tǒng)十字軸式萬向節(jié)設(shè)計方法 .82.2.2 現(xiàn)代十字軸式萬向節(jié)設(shè)計方法 .92.3 有限元法與傳統(tǒng)方法的比較.9第第 3 3 章章 建模與裝配建模與裝配 .113.1 萬向節(jié)叉實體模型的建立.113.2 十字軸實體模型的建立.113.3 萬向節(jié)叉與十字軸實體模型的裝配.12第第 4 4 章章

10、萬向節(jié)叉在萬向節(jié)叉在 UGUG 軟件中的靜力學(xué)響應(yīng)分析軟件中的靜力學(xué)響應(yīng)分析 .134.1 創(chuàng)建有限元模型.134.2 定義材料屬性與物理屬性.134.3 網(wǎng)格劃分.144.4 創(chuàng)建仿真模型.154.5 約束、創(chuàng)建面接觸、加載.164.6 仿真模型檢查.174.7 模型求解.174.8 顯示求解結(jié)果.184.8.1 萬向節(jié)叉求解結(jié)果 .184.8.2 十字軸求解結(jié)果 .22第第 5 5 章章 十字軸在十字軸在 ANSYSANSYS 軟件中的靜力學(xué)響應(yīng)分析與優(yōu)化軟件中的靜力學(xué)響應(yīng)分析與優(yōu)化 .245.1 定義工作文件名和工作標(biāo)題.24IV5.2 定義單元類型.245.3 定義材料性能參數(shù).245

11、.4 十字軸實體模型導(dǎo)入 ANSYS .255.5 網(wǎng)格劃分.265.6 約束與加載.275.7 進入求解器，計算求解.305.8 查看求解結(jié)果.305.9 十字軸在 ANSYS 與 UG 中的分析結(jié)果比較.335.10 十字軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化.33第第 6 6 章章 傳統(tǒng)方法對十字軸的分析傳統(tǒng)方法對十字軸的分析 .36第第 7 7 章章 總總 結(jié)結(jié) .376.1 全文總結(jié).376.2 展望.37參考文獻參考文獻 .38致致 謝謝 .401前 言十字軸式萬向節(jié)是軋機中非常重要的部件，主要由軸承蓋、萬向節(jié)叉、十字軸、滾針與套筒組成1。其主要特點為： 1.具有較大的角度補償能力 ；2.結(jié)構(gòu)緊湊合理 ，SW

12、C-BH 型采用整體式叉頭，使運載更具可靠性 ；3.承載能力大 ，與回轉(zhuǎn)直徑相同的其它型式的聯(lián)軸相比較，其所傳遞的扭矩更大， 而對回轉(zhuǎn)直徑受限制的機械設(shè)備，其配套范圍更具優(yōu)越性 ；4.傳動效率高 ，傳動效率高達 98%99.8%，用于大功率傳動，具有明顯的節(jié)能效果；5.尺寸受空間嚴(yán)格限制； 6.運載平穩(wěn)，噪聲低，裝拆維護方便。經(jīng)過查閱文獻資料，了解軋機結(jié)構(gòu)的最新產(chǎn)品成果，發(fā)現(xiàn)軋機的主傳動系統(tǒng)多次發(fā)生斷裂的設(shè)備事故，其中十字軸法蘭過渡圓角部位斷裂與激光修復(fù)后萬向節(jié)叉頭斷裂是主要失效形式，如圖 1 所示法蘭過渡圓角部位斷裂圖片，如圖 2、3 所示分別為萬向節(jié)叉頭斷裂圖片與叉頭斷口形貌圖片，嚴(yán)重影響

13、了厚板軋機的正常生產(chǎn)，大大增加了設(shè)備檢修和備品備件的成本。為解決厚板主傳動軸異常斷裂的問題和提高其修復(fù)技術(shù)，有必要對軋機十字軸式萬向節(jié)進行力學(xué)響應(yīng)研究。圖 1 法蘭過渡圓角部位斷裂圖片本文主要是以萬向節(jié)為研究對象，研究萬向節(jié)叉與十字軸在靜載荷情況下的應(yīng)力應(yīng)變情況。熟悉并能熟練運用 UG、ANSYS 軟件，首先是用 UG 軟件（NX 7.0）建立萬向節(jié)叉與十字軸模型并進行裝配，然后在 UG 中進行裝配圖的靜力學(xué)有限元分析，將十字軸實體模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件（ANSYS 12.0）中進行十字軸實體模型的靜力學(xué)有限元分析，經(jīng)分析找出其異常斷裂的原因，最后在其基礎(chǔ)上對十字軸進行一定的優(yōu)化。2圖 2

14、 萬向節(jié)叉頭斷裂圖片圖 3 叉頭斷口形貌圖片通過對十字軸式萬向節(jié)叉頭的有限元分析，我們可以實現(xiàn)該形式的設(shè)計與優(yōu)化，大大減少十字軸式萬向節(jié)的損壞，不僅能滿足我們學(xué)生之間的學(xué)科交流，使其利用自身所學(xué)的知識和專長，解決實際工程問題，能增加我們對學(xué)習(xí)的興趣，鍛煉我們的創(chuàng)新思維能力，提高解決實際問題的能力。3第 1 章 軟件簡介1.1 UG 簡介UG(Unigraphics)是 Unigraphics Solutions 公司推出的 CADCAMCAE 為一體的三維機械設(shè)計平臺，也是當(dāng)今世界廣泛應(yīng)用的計算機輔助設(shè)計、分析和制造軟件之一。它是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來的軟件。廣泛應(yīng)用

15、于汽車，航空航天、機械、消費產(chǎn)品、醫(yī)療器械、造船等行業(yè)，它為制造行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程提供解決方案，功能包括概念設(shè)計、工程設(shè)計、性能分析和制造。它采用基于約束的特征建模和傳統(tǒng)的幾何建模為一體的復(fù)合建模技術(shù)，在曲面造型、數(shù)控加工方面是強項，但在分析方面較為薄弱。但 UG 提供了分析軟件 NASTRAN、ANSYS、PATRAN 接口，機構(gòu)動力學(xué)軟件 IDAMS 接口，注塑模分析軟件 MOLDFLOW 接口等2。它的主工作區(qū)包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、工作區(qū)、坐標(biāo)系、快捷菜單欄、資源工具條、提示欄和狀態(tài)欄等 9 個部分。UG 具有以下優(yōu)勢：（1）可以為機械設(shè)計、模具設(shè)計以及電器設(shè)計單位提供一套完整的

16、設(shè)計、分析和制造方案；（2）UG 可以管理 CAD 數(shù)據(jù)以及整個產(chǎn)品開發(fā)周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)逆向工程（Reverse Design）和并行工程（Concurrent Engineer）等先進設(shè)計方法；（3）UG 是一個完整的參數(shù)化軟件，為零部件的系列化建模、裝配和分析提供強大的基礎(chǔ)支持；（4）UG 具有強大的裝配功能，并在裝配模塊中運用了引用集的設(shè)計思想。為節(jié)省計算機資源提供了行之有效的解決方案，可以極大地提高設(shè)計效率；（5）UG 可以完成包括自由曲面在內(nèi)的復(fù)雜模型的創(chuàng)建，同時在圖形顯示方面運用了區(qū)域化管理方式，節(jié)約系統(tǒng)資源。UG 支持從頂向下裝配、從底向上裝配以及混合裝配三種裝配方法，裝

17、配建模有以下特征：1. 有一個面向團隊的設(shè)計系統(tǒng)；2. 組件幾何體被虛擬指向裝配件，而不是被復(fù)制到裝配件；3. 相關(guān)性被維護在全裝配件中；4. 裝配導(dǎo)航器提供裝配結(jié)構(gòu)的圖形顯示，方便選擇和操作；5. 通過使用配對條件參數(shù)化地裝配組件；46. 裝配功能（主模型方法）可以在制圖或制造等其他方面應(yīng)對。1.2 UG NX 有限元分析操作流程NX Nastran 主要分析功能有：靜力學(xué)分析、動力學(xué)分析、屈服響應(yīng)分析、非線性靜力學(xué)分析3。UG NX 高級仿真和其他有限元分析軟件基本操作一致，分為前處理、求解和后處理三大步驟，還可以完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化、疲勞耐久預(yù)測等任務(wù)，其基本操作流程如下：（1）創(chuàng)建主模型或?qū)?/p>

18、三維模型；構(gòu)建合理的、參數(shù)化的主模型，可以大大提高仿真和優(yōu)化計算的速度和效率。（2）模型編輯、簡化、特征抑制；對仿真計算和分析結(jié)果影響不大的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，通建模中的編輯、簡化、特征抑制等手段，對細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進行處理，不讓它們進入到后續(xù)高級仿真模塊，有效地提高了計算效率，為大、雜、繁類型的三維模塊前處理提供了極大的便利。同時，在約束、加載過程中對模型的抑制，可以有效地拾取所要約束或加載的對象，為拾取操作提供了便利。（3）進入高級仿真環(huán)境；（4）優(yōu)化理想化模型；在高級仿真的環(huán)境中，對主模型中的細(xì)節(jié)特征或幾何要素對整個分析結(jié)果影響不大的幾何結(jié)構(gòu)進行抑制或刪除，即可進入理想化模型編輯環(huán)境。（5）創(chuàng)建有限元模型

19、；主要是對實體模型的材料屬性、物理屬性、單元類型、網(wǎng)格類型的定義，最后進行網(wǎng)格劃分。（6）創(chuàng)建仿真模型；即對實體模型的約束類型、模型對象、載荷類型的設(shè)置。（7）仿真模型檢查；在模型求解之前，可以通過【仿真信息匯總】命令來查看邊界條件和載荷情況設(shè)置是否合理；通過【模型設(shè)置檢查】命令來查看上述操作是否存在不合理之處，如有錯誤提示，則分別在仿真環(huán)境或返回到有限元模型環(huán)境進行檢查與修改，在有限元求解中起到很重要的作用。（8）仿真模型求解；（9）仿真模型后處理；5【后處理導(dǎo)航器】中有【位移-節(jié)點的】 、 【旋轉(zhuǎn)-節(jié)點的】 、 【應(yīng)力-基本的】 、 【應(yīng)力單元節(jié)點】 、 【反作用力-節(jié)點的】和【反作用力矩

20、-節(jié)點的】五選項，通過這五項選項，可以得應(yīng)力應(yīng)變云圖等指標(biāo)。（10）輸出仿真報告；（11）保存文件及其含義。1.3 ANSYS 簡介ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件4。軟件主要包括三個部分： 前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。1.實體模型ANSYS 軟件提供了自頂向下與自底向上兩種實體建模方法。自頂向下進行實體建模時，當(dāng)用戶定義一個高級圖元，程序則自動定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點。用戶可以利用這些高級圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的多邊形和圓以及三維的立方體、圓錐、圓

21、柱等。無論使用自頂向下還是自底向上得方法建模，用戶均能使用布爾操作來組合數(shù)據(jù)集，進而建立一個實體模型。同時 ANSYS 程序提供了完整的布爾運算，諸如布爾加、布爾減、相交、分割、粘貼和重疊。在創(chuàng)建復(fù)雜實體模型是，對、線、面、體、基元的布爾運算能減少建模工作量。ANSYS 程序還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動以及拷貝實體模型圖元的功能。附加的功能還包括圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動相交運算、自動倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點的建立、移動、拷貝和刪除。自底向上進行實體建模時，用戶從最低級的圖元向上構(gòu)造模型，即：用戶首選定義關(guān)鍵點，然后依次是相關(guān)的線、面、體。這使得在用 AN

22、SYS 軟件的前處理模塊建立幾何形狀復(fù)雜的模型時比較麻煩，不能與專業(yè)建模軟件（如 UG、PreE）相比，它的主要功能體現(xiàn)在分析計算模塊和后處理模塊。2.網(wǎng)格劃分ANSYS 程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對 CAD 模型進行網(wǎng)格劃分的功能。包括延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應(yīng)劃分。6延伸網(wǎng)格劃分可以將一個延伸變?yōu)槿S網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡單的幾個部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格，ANSYS 程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強大的，可對復(fù)雜模型直接劃分，不免用戶對各個部分分別劃分然后進行組裝時各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件

23、的實體模型后，用戶指示程序自動地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或到達用戶定義的求解次數(shù)。對于萬向節(jié)叉與十字軸模型的網(wǎng)格劃分，將采用自由網(wǎng)格劃分。前處理階段完成建模后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。在該階段，用戶可以定義單元類型、分析選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項，然后開始有限元分析。 分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進行靜力分析、動力學(xué)分析和非線性性分析） 、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；1.結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合

24、求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS 程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如膨脹、塑性、大應(yīng)變以及接觸應(yīng)力分析。本文即是運用結(jié)構(gòu)靜力分析的方法對十字軸進行有限元分析。2.結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的力載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的的影響。ANSYS 可進行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析以及隨機振動響應(yīng)分析。萬向節(jié)的實際工況是受交變載荷，運用結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析能更好的模擬出實際工況下的應(yīng)力應(yīng)變。3.結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)

25、隨外載荷不成比例變化。ANSYA 程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性分析，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。在萬向節(jié)叉的分析中，由于萬向節(jié)叉的靜力學(xué)分析中運用到接觸程序，使得萬向節(jié)叉的求解中運用了結(jié)構(gòu)非線性分析。4.流體動力學(xué)分析ANSYS 流體單元進行動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。并且可7以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分析的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。5.電磁場分析主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電池分析、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和

26、能量損失的等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計和分析領(lǐng)域。6.聲場分析程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強度分部，或預(yù)測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。6.壓電分析用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對 AC（交流） 、DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于熱交換器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其他電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析?？捎糜?4 中類型的分析:靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析。 后處理模塊可將計算結(jié)果

27、以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。ANSYS 軟件的后處理過程包括兩個部分：通過后處理模塊 POST1 和時間歷程后處理模塊 POST26。通過友好的用戶界面，可以很容易獲得求解過程的計算結(jié)果并對其進行顯示。這些結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度及熱流等，輸出形式可以有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種。1.通過后處理模塊 POST1這個模塊對前面的分析結(jié)果能以圖形形式顯示和輸出。例如：計算結(jié)果在模型上的變化情況可用等值線圖表示，不同的等值線顏色，代表了不同的值。濃淡圖則用

28、不同的顏色代表不同的數(shù)值區(qū)，清晰地反映了計算結(jié)果的區(qū)域分布情況。2.時間歷程響應(yīng)后處理模塊 POST26這個模塊用于檢查在一個時間段或子步歷程中的結(jié)果，如節(jié)點位移、應(yīng)力或支反力。這些結(jié)果能通過繪制曲線或列表查看。繪制一個或多個變量隨頻率或其他量變化的曲線，有助于形象化地表示分析結(jié)果。另外，POST26 還可以進行曲線的代數(shù)運算。8第 2 章 萬向節(jié)與有限元法研究的相關(guān)概況2.1 課題的研究背景及意義萬向節(jié)是萬向傳動軸的一個重要組成部分，工作中受扭曲、壓縮等交變載荷的作用，而萬向節(jié)中的十字軸則受彎曲應(yīng)力與切應(yīng)力，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣，對萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計優(yōu)化是一項困難的工程。傳統(tǒng)設(shè)計

29、方法使用的材料力學(xué)公式很難計算出萬向節(jié)叉的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)5，有限元法以其獨特的特點，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)狀態(tài)和載荷復(fù)雜的構(gòu)件進行分析，被廣泛地應(yīng)用在各類零部件的分析中。對萬向節(jié)進行靜力學(xué)的有限元分析是在了解萬向傳動軸所受的額定扭矩，并根據(jù)額定扭矩推算十字軸的一根軸的兩端受力情況下得到的。這與其實際工作情況比較接近，計算應(yīng)力應(yīng)變值比較符合實際，基本上能夠較準(zhǔn)確的分析出萬向節(jié)叉與十字軸的受力情況，且能實時知道其各個點的受力情況，從而可以分析計算出萬向節(jié)叉與十字軸所能承受的最大載荷及其分布部位。2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展2.2.1 傳統(tǒng)十字軸式萬向節(jié)設(shè)計方法十字軸式萬向節(jié)的的損壞形式主要有十字軸軸頸和滾針軸承

30、的磨損，十字軸軸頸和滾針軸承工作表面出現(xiàn)壓痕和剝落6。一般情況下，當(dāng)磨損或壓痕超過 0.15mm 時便應(yīng)報廢。十字軸主要失效形式是軸頸根部斷裂，所以設(shè)計時應(yīng)保證該處有足夠的抗彎強度。本文只討論十字軸軸頸的損壞。作用于十字軸軸頸中點的力為：F=T12rcos （2-1）式中 T1 為萬向傳動的計算轉(zhuǎn)矩，T1=minTse，Tss；r 為合力 F 作用線到十字軸中心之間的距離； 為主、從動叉軸的最大轉(zhuǎn)角。十字軸軸頸根部的彎曲應(yīng)力 w和切應(yīng)力 應(yīng)滿足：w=32d1Fs（d14-d24）w （2-2）=4F（d12-d22） （2-3）式中，d1為十字軸軸頸直徑（mm） ；d2為十字軸油道孔直徑（mm

31、） ；s 為合力作用線到軸頸根部的距離（mm） ；w為彎曲應(yīng)力的許用值，為 250350MPa；為切應(yīng)力的許用值，為 80120 MPa。萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力 F 的作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸軸孔中心線成 45的截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲9和扭曲載荷，其彎曲應(yīng)力為 w和扭應(yīng)力為 b應(yīng)滿足：w=FWw （2-4）b=FWtb （2-5）式中，W 、Wt分別為與十字軸軸孔中心線成 45的截面處的抗彎截面系數(shù)和抗扭截面系數(shù)，矩形截面：W=6bh2，Wt=kbh2；橢圓形截面：W=bh210，Wt=bh216；h、b分別為矩形截面的高和寬或橢圓形截面的長軸和短軸；k 是與 hb 有關(guān)的

32、系數(shù)，按表 2-1 選??；、 如圖 2-1 所示。表表 2-12-1 系數(shù)系數(shù) k 的選取的選取hb1.01.51.752.02.53.04.010k0.2080.2310.2390.2460.2580.2670.2820.312圖 2-1 萬向節(jié)叉2.2.2 現(xiàn)代十字軸式萬向節(jié)設(shè)計方法現(xiàn)代十字軸式萬向節(jié)的設(shè)計是在確定十字軸尺寸的情況下，進行相關(guān)的有限元的靜力學(xué)分析，由于應(yīng)用有限元法對各種零部件的結(jié)構(gòu)分析研究逐漸多起來，運用有限元法對萬向節(jié)的計算不在局限于靜力學(xué)分析，開始考慮動態(tài)特性分析，對萬向節(jié)直接進行循環(huán)工況下的動態(tài)特性分析?，F(xiàn)代萬向節(jié)設(shè)計已經(jīng)發(fā)展到包括有限元法、優(yōu)化和動態(tài)設(shè)計等在內(nèi)的計算

33、機分析、預(yù)測和模擬階段。計算機有限元技術(shù)與微觀分析技術(shù)等相結(jié)合已成為研究萬向節(jié)的行之有效的方法。2.3 有限元法與傳統(tǒng)方法的比較有限元分析是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題再求解。十字軸式萬向節(jié)的有限元法是把萬向節(jié)叉或十字軸的求解區(qū)域看做有許多個小的在節(jié)點處相互連接的單元所構(gòu)成，其模型給出基本方程的分片近似解，由子單元可以被分割成各種形狀和大小不同的尺寸，所以它能很好地適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀、復(fù)雜10的材料特性和復(fù)雜的邊界條件19。有限元法與其他求解邊值問題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對小的子域中。而傳統(tǒng)方法對比較規(guī)則的模型的計算比較簡單，但對幾何形狀復(fù)雜的模型往往是很難求的最大應(yīng)力區(qū)域及大

34、小，亦或者要經(jīng)過非常復(fù)雜的公式推算，才可能對模型進行求解。對于傳統(tǒng)方法中的實驗法，則必須要進行多實驗，且在進行疲勞破壞分析的實驗中，對萬向節(jié)叉與十字軸肯定會造成破壞的，這樣使得分析的成本大大的增加20。綜合以上，有限元法比傳統(tǒng)的方法更適用于萬向節(jié)的力學(xué)響應(yīng)分析。11第 3 章 建模與裝配3.1 萬向節(jié)叉實體模型的建立由于該萬向節(jié)叉幾何形狀較復(fù)雜，由多個曲面相貫而成，其建模有較大的難度，故在建模過程中稍微改變?nèi)f向節(jié)叉模型的尺寸，省略一些孔等，建立的模型如圖 3-1 所示萬向節(jié)叉實體模型7。圖 3-1 萬向節(jié)叉實體模型3.2 十字軸實體模型的建立對于十字軸模型，同樣可以進行相應(yīng)的簡化處理，如省去油

35、路部分，十字軸的軸承部位直接用圓柱體代替，省去了滾針軸承與十字軸的一軸兩端的裝配，減小裝配的難度與工作量，力求不影響分析結(jié)果的情況下，使得生成十字軸的最簡化實體模型，十字軸實體模型如圖 3-2 所示。12圖 3-2 十字軸實體模型3.3 萬向節(jié)叉與十字軸實體模型的裝配在裝配的過程中，使萬向節(jié)模型定位在絕對原點上，對十字軸進行移動旋轉(zhuǎn)，使得萬向節(jié)叉與十字軸的模型能夠裝配正確，裝配圖形如圖 3-3 所示。圖 3-3 裝配圖形13第 4 章 萬向節(jié)叉在 UG 軟件中的靜力學(xué)響應(yīng)分析4.1 創(chuàng)建有限元模型（1）在 UG NX 7.0 的建模環(huán)境中構(gòu)建好圖 3-3 所示裝配好的模型后，單擊【開始】【高級

36、仿真】命令，在【仿真導(dǎo)航器】中右擊【zhuangpeitu】節(jié)點，在出現(xiàn)的快捷菜單中單擊【新建 FEM】命令，彈出【新建部件文件】對話框，默認(rèn)【新文件名】欄的【名稱】文本框中的文件名，通過單擊圖標(biāo)圖標(biāo)，選擇保存途徑，單擊【確定】按鈕。（2）彈出【新建 FEM】對話框，默認(rèn)【求解器】和【分析類型】中的選項，單擊【確定】按鈕，進入創(chuàng)建有限元模型的環(huán)境。4.2 定義材料屬性與物理屬性查閱資料可知，十字軸采用低合金鋼制造，常用材料為 40Cr、40CrMo、40CrNi 或20CrVB，熱處理后硬度 5862HRC，其它各零件均采用 35 或 45 鋼制造并經(jīng)熱處理4852HRC8。 （1）單擊工具欄

37、中的【材料屬性】圖標(biāo)，彈出如圖 4-1 所示的【指派材料】對話框，在窗口中選擇萬向節(jié)叉實體模型，在【材料】列表框中單擊【Steel】（45 鋼），單擊【應(yīng)用】按鈕；同樣定義十字軸的材料屬性，其材料屬性為【Iron40】（40Cr 合金鋼）,單擊【確定】按鈕，關(guān)閉該對話框。圖 4-1 【指派材料】對話框（2）單擊工具欄中的【物理屬性】圖標(biāo)，彈出如圖 4-2 所示的【物理屬性表管理14器】對話框，設(shè)置【創(chuàng)建】欄中的【類型】、【名稱】和【標(biāo)簽】為默認(rèn)值，單擊【創(chuàng)建】按鈕，彈出【PSOLID】對話框，如圖 4-3 所示，在【Material】列表框中選取【Steel】選項，其他參數(shù)為默認(rèn)值，單擊【確定

38、】按鈕，返回到如圖 4-2 所示的【物理屬性表管理器】對話框。在【標(biāo)簽】文本框中自動修改為【2】，重復(fù)上面操作，在【Material】下拉框中選取【Iron40】選項，其他操作不變，單擊【關(guān)閉】按鈕，關(guān)閉該對話框。 圖 4-2 【物理屬性表管理器】對話框 圖 4-3 【PSOLID】對話框（3）單擊工具欄中的【網(wǎng)絡(luò)捕集器】圖標(biāo)，彈出【網(wǎng)絡(luò)捕集器】對話框，默認(rèn)【單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)】欄中的各個選項設(shè)置內(nèi)容，在【Solid Property】列表框中選取上述設(shè)置的【PSOLID1】,默認(rèn)網(wǎng)格名稱為【Solid（1） 】 ，單擊【應(yīng)用】按鈕，即創(chuàng)建第 1 個網(wǎng)格屬性名稱；采用同樣的操作，在【Solid Pr

39、operty】列表框中選取上述設(shè)置的【PSOLID2】 ，創(chuàng)建第 2 個網(wǎng)格屬性名稱 Solid（2） ，單擊【確定】按鈕，關(guān)閉該對話框。4.3 網(wǎng)格劃分（1）單擊工具欄中的【3D 四面體網(wǎng)格】圖標(biāo)，彈出【3D 四面體網(wǎng)格】對話框。首先在工作窗口中選中萬向節(jié)叉實體模型，默認(rèn)單元類型為【CTETRA（10） 】 （十節(jié)點四面體） ，在【單元大小】欄中輸入 30，【目標(biāo)捕捉器】欄中選取【Solid（1） 】 ，其余不變，單擊【應(yīng)用】按鈕，完成對萬向節(jié)叉實體模型的網(wǎng)格劃分。（2）在工作窗口中選中十字軸實體模型，默認(rèn)單元類型為【CTETRA（10） 】 ，單擊【單元大小】右側(cè)的【自動單元大小】按鈕，確

40、定適合尺寸的網(wǎng)格單元，在【目標(biāo)捕捉器】欄中選取【Solid（2） 】 ，其余不變，單擊【確定】按鈕，完成對十字軸實體模型的15網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分后的實體模型如圖 4-4 所示。（3）單擊工具欄中的【有限元模型檢查】圖標(biāo)，彈出如圖 4-5 所示的【模型檢查】對話框，單擊【確定】按鈕，查看彈出的【信息】列表，萬向節(jié)叉劃分了 18034 個網(wǎng)格單元，十字軸劃分了 3137 個網(wǎng)格單元，共劃分了 21171 個網(wǎng)格單元。 圖 4-4 萬向節(jié)網(wǎng)格劃分模型 圖 4-5 【模型檢查】對話框4.4 創(chuàng)建仿真模型（1）右擊【仿真導(dǎo)航器】窗口中的【zhuangpeitu】節(jié)點，彈出快捷菜單，單擊【新建仿真】命令，

41、彈出【新建部件文件】對話框，默認(rèn)【新文件名】的設(shè)置，單擊【確定】按鈕，彈出【新建仿真】對話框，設(shè)置如圖 4-6 所示。單擊【確定】按鈕，關(guān)閉該對話框。（2）彈出【創(chuàng)建解算方案】對話框，默認(rèn)【解算方案】欄下面的各個選項的設(shè)置，如圖 4-7 所示，單擊【確定】按鈕，關(guān)閉該對話框。 16圖 4-6 【新建仿真】對話框 圖 4-7 【創(chuàng)建解算方案】對話框4.5 約束、創(chuàng)建面接觸、加載約束與加載的原理為：將叉頭底面固定，在十字軸的一個軸兩端部施加反向載荷，模擬軋制扭矩9。（1）單擊工具欄中的【約束類型】圖標(biāo)，單擊【固定約束】命令，彈出【固定約束】對話框，在工作窗口中選中萬向節(jié)叉的底面，單擊【固定約束】對

42、話框中的【確定】按鈕，完成對萬向節(jié)叉底面的約束，如圖 4-8 所示施加約束圖形。 （2）單擊工具欄中的【仿真對象類型】圖標(biāo)，單擊【曲面與曲面接觸】命令，彈出如圖 4-9 所示的【曲面與曲面接觸】對話框，將【類型】欄中的“自動配對”切換為“手工”，同時抑制【仿真導(dǎo)航器】窗口中的【Polygon Body2】和【Solid（2）】兩個節(jié)點，在工作窗口選中萬向節(jié)叉兩內(nèi)孔面；單擊【目標(biāo)區(qū)域】欄中的“選澤對象”， 抑制【仿真導(dǎo)航器】窗口中的【Polygon Body1】和【Solid（1）】兩個節(jié)點，同時解除對【Polygon Body2】和【Solid（2）】兩個節(jié)點的抑制，在工作窗口選中十字軸與萬向

43、節(jié)叉兩孔相接觸的面，解除對【Polygon Body1】和【Solid（1）】兩個節(jié)點的抑制，在【屬性】欄中的“靜摩擦系數(shù)”框中輸入“0.2”，單擊【確定】按鈕，完成對解除面的設(shè)置。 圖 4-8 施加約束圖形 圖 4-9 【曲面與曲面接觸】對話框（3）單擊工具欄中的的【載荷類型】圖標(biāo)，單擊【力】命令，彈出如圖 4-10 所示的17【力】對話框，選擇十字軸軸頸一端的端面，在【幅值】欄中的空白處輸入2083333.3（端面載荷=額定扭矩軸頸長度10，額定扭矩為 1000KNm，軸頸長度為0.48m） ，單擊【方向】欄中的“指定矢量” 圖標(biāo)，選擇 X 方向（正負(fù)方向自定，組成力偶矩即可） ，單擊【應(yīng)

44、用】按鈕，參照上面步驟，在軸頸另一端端面施加反向載荷，施加載荷后的圖形如圖 4-11 所示11。 圖 4-10 【力】對話框 圖 4-11 施加載荷圖形4.6 仿真模型檢查 單擊工具欄中的【有限元模型檢查】圖標(biāo)，彈出如圖 4-5 所示的【模型檢查】對話框，單擊【確定】按鈕，查看彈出的【信息】列表，可以看到解算方案模型設(shè)置檢查錯誤匯總，根據(jù)匯總的內(nèi)容，對錯誤或有警告的邊界條件和載荷情況設(shè)置進行修改。4.7 模型求解單擊工具欄中的【求解】圖標(biāo)，彈出【求解】對話框，單擊【確定】按鈕，分別彈出【方向作業(yè)監(jiān)視器】和【解算監(jiān)視器】窗口，等【分析作業(yè)監(jiān)視器】中出現(xiàn)“Completed”的提示并可以在【解算監(jiān)

45、視器】窗口可以查看【解算信息】選項卡中的信息，從中可以查看【稀疏矩陣求解器】選項卡中的內(nèi)容，如圖 4-12 所示，觀看該解算方案的計算是否已收斂。如果是收斂的，意味分析作業(yè)能夠順利完成，可以進入后處理顯18示和結(jié)果分析操作，關(guān)閉上述各個信息窗口。由圖 4-12 可知，解算方案是收斂的，收斂于 98502，分析作業(yè)能夠順利完成，可以進入后處理和結(jié)果分析操作，能夠進入下一步的操作，得到應(yīng)力應(yīng)變云圖。圖 4-12 【解算監(jiān)視器】窗口的求解方程是否收斂4.8 顯示求解結(jié)果4.8.1 萬向節(jié)叉求解結(jié)果萬向節(jié)叉求解結(jié)果（1）雙擊【仿真導(dǎo)航器】窗口中的【Results】節(jié)點，彈出【后處理導(dǎo)航器】，展開【So

46、lution 1】節(jié)點，單擊【位移-節(jié)點的】節(jié)點，雙擊【Magnitude】節(jié)點，展開【后處理導(dǎo)航器】窗口中的【Fringe Plots】節(jié)點，抑制單元【3dmesh（2）】的顯示，在工作窗口中即可顯示如圖 4-13 所示的萬向節(jié)叉實體模型的變形位移云圖。由圖 4-13 可以得知，萬向節(jié)叉的最大變形區(qū)是在萬向節(jié)叉的頂端，最大變形位移為6.62210-4m，這與實際中的萬向節(jié)叉的應(yīng)變相符。19圖 4-13 萬向節(jié)叉實體模型的變形位移云圖圖 4-14 未變形模型20（2）單擊工具欄中的【后處理視圖】圖標(biāo)，彈出【后處理視圖】對話框，激活【顯示未變形的模型】選項，單擊【變形】選項【結(jié)果】按鈕，在【比例

47、】輸入框中輸入“10”，放大其變形量，在工作窗口中同時顯示變形模型和未變形模型，如圖 4-14 所示抑制【變形】選項，單擊【確定】按鈕，關(guān)閉該對話框。（3）展開【Solution 1】節(jié)點上的【應(yīng)力-基本的】節(jié)點，雙擊【Von-Mises】節(jié)點，在工作窗口中即可顯示如圖 4-15 所示的萬向節(jié)叉實體模型的應(yīng)力云圖。圖 4-15 萬向節(jié)叉實體模型應(yīng)力云圖由圖 4-15 可知，萬向節(jié)叉最大應(yīng)力值為 489.2MPa，最小應(yīng)力為 2.394MPa，最大應(yīng)力點大約在軸孔 45角的位置，在軸孔面與萬向節(jié)叉外表面交界處，與實際斷裂位置相吻合，最小應(yīng)力區(qū)域萬向節(jié)叉的底座部位12。（4）單擊展開的【Solut

48、ion 1】節(jié)點上的【應(yīng)力-單元節(jié)點】節(jié)點，雙擊【Von-Mises】節(jié)點，在工作窗口中即可顯示如圖 4-16 所示的萬向節(jié)叉實體模型的節(jié)點變形應(yīng)力云圖。由圖 4-16 可知，萬向節(jié)叉節(jié)點最大應(yīng)力值為 680.5MPa，最小應(yīng)力為 2.146MPa，最大節(jié)點應(yīng)力點大約在軸孔 45角的位置，在軸孔面與萬向節(jié)叉外表面交界處，同樣與實際斷裂位置相吻合。21圖 4-16 萬向節(jié)叉實體模型的節(jié)點變形位移云圖根據(jù)機械設(shè)計手冊（上）（吳宗澤 北京 機械工業(yè)出版社 2002），許用安全系數(shù)的選取原則如表 4-1 所示：表表 4-1 許用安全系數(shù)選用原則許用安全系數(shù)選用原則S選取原則1.31.5載荷確定精確，材

49、料性質(zhì)較均勻1.51.8載荷確定不夠精確，材料性質(zhì)不夠均勻1.82.5載荷確定不夠精確，材料性質(zhì)均勻度較差由于萬向節(jié)的應(yīng)力變化劇烈，且現(xiàn)場實際工況復(fù)雜，不同條件下沖擊值無法一一確定，而且萬向節(jié)結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，經(jīng)過熱處理和表面硬化處理后，材料的力學(xué)性能并不完全一致，因此許用安全系數(shù)選取S=1.8萬向節(jié)叉材料的力學(xué)性能參數(shù)由實測獲得，材料抗拉極限強度 b=900MPa，則萬向節(jié)叉的許用應(yīng)力 = s/ S=500MPa由最大應(yīng)力值與許用應(yīng)力值相比較的，最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力，不會因為應(yīng)力過大而導(dǎo)致直接破壞。但在周期應(yīng)力的工況下，最大應(yīng)力很接近許用應(yīng)力，容易受到疲勞破壞，應(yīng)減小其額定扭矩。4.8.2 十字

50、軸求解結(jié)果22對于十字軸實體模型的有限元分析，將在 ANSYS 軟件中分析，為比較 ANSYS 專業(yè)分析軟件與 UG 軟件分析結(jié)果的不同處，有必要得出十字軸的相關(guān)求解結(jié)果，對十字軸的求解結(jié)果不做分析，將與 ANSYS 軟件當(dāng)中的分析結(jié)果一同分析。抑制單元【3dmesh（1）】的顯示，同時激活單元【3dmesh（1）】的顯示，參照上面操作，顯示十字軸的變形位移云圖、X 方向變形位移云圖、Y 方向應(yīng)力云圖，如圖4-17、4-18、4-19 所示。圖 4-17 十字軸實體模型變形位移云圖由十字軸實體模型的應(yīng)力應(yīng)變云圖可知，十字軸實體模型的最大總位移為 1.52910-3m；Y 方向的最大位移為 1.

51、49110-3m；Y 方向最大應(yīng)力為 607.0MPa。23圖 4-18 十字軸實體模型 X 方向變形位移云圖圖 4-19 十字軸實體模型 Y 方向應(yīng)力云圖24第 5 章 十字軸在 ANSYS 軟件中的靜力學(xué)響應(yīng)分析與優(yōu)化5.1 定義工作文件名和工作標(biāo)題（1）選擇 Utility MenuFileChange Jobname 命令,出現(xiàn) Change Jobname 對話框，在FILNAM Enter new Jobname 輸入工作文件名 crossshaft，并將 New log and error files 設(shè)置為 Yes，單擊【OK】按鈕，關(guān)閉該對話框13。（2）選擇 Utility

52、 MenuFileChange Title 命令,出現(xiàn) Change Title 對話框，在FILNAM Enter new title 輸入欄中輸入 MESHING AND SOLVE TO A MECHANICSL,單擊【OK】按鈕，關(guān)閉該對話框。5.2 定義單元類型（1）選擇 Main MenuPreprocessorElementAddEditDelete 命令，彈出Element Types 對話框，單擊【Add】按鈕，彈出 Library of Element Types 對話框。（2）在 Library of Element Types 對話框復(fù)選框中選擇 Solid ，20no

53、de 186（選擇用于金屬材料分析的三維六面體等參元 SOLID186,該單元具有 20 個節(jié)點，并可退化為10 節(jié)點四面體等參元等），如圖 5-1 所示“單元類型列表”對話框，單擊【OK】按鈕，關(guān)閉該對話框。圖 5-1 “單元類型列表”對話框（3）單擊 Element Types 對話框上的【Close】按鈕，關(guān)閉該對話框。5.3 定義材料性能參數(shù) 一般是在進行模態(tài)分析與考慮自身重量的情況下，定義材料密度，此為十字軸的靜力學(xué)分析，只需定義材料的彈性模量和泊松比。（1）選擇 Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 命令，彈出 Def

54、ine Material Model Behavior 對話框25（2）在 Material Models Available 一欄中依次單擊Structural、Linear、Elastic、Isotropic 選項，彈出 Linear Isotropic Properties for Material Number 1 對話框，在 EX 輸入欄中輸入 2.06E11，在 PRXY 輸入欄中輸入0.3（查閱資料可知，十字軸采用低合金鋼制造，常用材料為 40Cr、40CrMo、40CrNi 或20CrVB，熱處理后硬度 5862HRC，其它各零件均采用 35 或 45 鋼制造并經(jīng)熱處理4852

55、HRC,故由十字軸聯(lián)軸器的材料的彈性模量與泊松比分別為 206GPa、0.3），如圖5-2 所示“輸入材料彈性模量和泊松比”對話框，單擊【OK】按鈕，關(guān)閉該對話框。圖 5-2 “輸入材料彈性模量和泊松比”對話框（3）在 Define Material Model Behavior 對話框上選擇 MaterialExit 命令，關(guān)閉該對話框。5.4 十字軸實體模型導(dǎo)入 ANSYS（1）選擇 Utility MenuFileImportUG 命令，彈出 ANSYS Connection for UG對話框，打開 shizizhou 所在的文件夾，選中文件名為 shizizhou 的文件，單擊 AN

56、SYS Connection for UG 對話框中的【OK】按鈕。（2）選擇 Utility MenuPlotCtrlsStyleSolid Model Facets 命令，彈出Solid Model Facets 對話框，在 Style area and volume plots 下拉菜單中選擇 Normal Faceting，如圖 5-3 所示“實體模型方面”對話框，單擊【OK】按鈕，關(guān)閉該對話框。26圖 5-3 “實體模型方面”對話框（3）選擇 Utility MenuPlotCtrlsStyleColorsReverse Video 命令，設(shè)置顯示顏色。（4）選擇 Utility M

57、enuPlotVolumes 命令，ANSYS 顯示窗口將顯示如圖 5-4 所示十字軸實體模型 圖 5-4 十字軸實體模型5.5 網(wǎng)格劃分(1) 選擇 Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeGlobalSize 命令，彈出 Global Element Sizes 對話框，在SIZE Element egde length 輸入欄中輸入 20，設(shè)置網(wǎng)格劃分單元尺寸為 20mm，如圖 5-5 所示“定義單元尺寸”對話框，單擊【OK】按鈕，關(guān)閉該對話框。27圖 5-5 “定義單元尺寸”對話框（2）選擇 Main MenuPreproces

58、sorMeshingMeshVolumesFree 命令，彈出 Mesh Volumes 拾取菜單，單擊【Pick ALL】按鈕，關(guān)閉該對話框，對十字軸進行自由網(wǎng)格劃分。對模型進行自由網(wǎng)格劃分，定義的單元尺寸為 20，劃分的單元比較小，共劃分了28957 個單元，41986 節(jié)點，ANSYS 顯示窗口將顯示如圖 5-6 所示十字軸模型網(wǎng)格劃分結(jié)果顯示。 圖 5-6 十字軸模型網(wǎng)格劃分結(jié)果顯示5.6 約束與加載分別約束十字軸軸頸大端（ANSYS 顯示窗口中的 Y 軸正負(fù)方向）的 128 個節(jié)點，根據(jù)額定扭矩的大小（此萬向節(jié)的額定軋制扭矩為 1000KNm）分別在軸頸小端（ANSYS 顯示窗口中的

59、 X 軸正負(fù)方向）的 78 個節(jié)點上施28加一定載荷（根據(jù)萬向節(jié)的額定軋制扭矩為 1000KNm 以及十字軸軸頸相關(guān)尺寸，并有：十字軸每個節(jié)點施加載荷大小=額定軋制扭矩（1000KNm）(十字軸施加載荷端的軸頸兩端距離(0.48m)十字軸施加載荷端一端的節(jié)點數(shù)(78)，載荷的方向分別為沿 Y 軸的正負(fù)方向，組成力偶矩，大小為 26709.4N）21。(1)選擇 Utility MenuPlotCtrlsNumbering 命令，彈出 Plot Numbering Controls 對話框，選擇 NODE Node numbers 選項，使其狀態(tài)從 Off 變?yōu)?On，單擊【OK】按鈕，關(guān)閉該對

60、話框。記錄十字軸兩軸頸端面的節(jié)點，為約束與加載做準(zhǔn)備。選擇 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes 命令，彈出 Apply U，ROT on Node 拾取菜單，如圖 5-7 所示“施加位移約束”拾取菜單。 圖 5-7“施加位移約束”拾取菜單 29圖 5-8“在節(jié)點上施加位移約束”對話框 在 Apply U，ROT on Node 拾取菜單中輸入十字軸軸頸端相應(yīng)節(jié)點序號，單擊【OK】按鈕。彈出 Apply U，ROT on Nodes 對話框，參照圖 5-8 所示“在節(jié)點上施加位移約束”對話框，對其進行全