十字軸萬向節(jié)建模及有限元分析

1、十字軸三維建模1.建立直徑57高87的圓柱1）單擊圓柱命令，指定矢量（+Z），和起始點（0，-43.5,0）2）輸出直徑57，高度872. 在已有圓柱體的上下端面，建立直徑51,高9圓柱體3.在上述階梯軸的上下端面，建立直徑45高30的圓柱體，得到如下模型4.插入-關(guān)聯(lián)復(fù)制-實例特征-圓形陣列，選擇所有已經(jīng)建成的特征，確定，按圖示設(shè)定陣列參數(shù),確定，選擇點和軸，選擇X軸，確定，得到如下模型 5.倒斜角，4x4 6.倒圓角R25選擇交叉的4條邊，輸出如圖參數(shù)7.單擊“孔命令，選擇任意兩個不平行端面圓的圓心，按圖示設(shè)定參數(shù)后，確定8.對每個孔倒斜角，1x1，得到最后的十字軸模型萬向節(jié)叉三維建模1.

2、建立地面圓柱體直徑165高20指定點為坐標原點，指定矢量為+Z2.拉伸耳環(huán)主體1）選擇拉伸，單擊截面中的繪制曲線，選擇現(xiàn)有平面的YZ平面，進入草繪環(huán)境。按照二維圖紙繪制拉伸截面，繪制完成后，單擊“完成草圖”退出草圖界面2）按如下設(shè)置參數(shù)后，單擊確定，完成耳環(huán)主體的拉伸，如圖3.切除部分實體1）選擇拉伸，單擊截面中的繪制曲線，選擇現(xiàn)有平面的XZ平面，進入草繪環(huán)境。按照二維圖紙繪制拉伸截面，繪制完成后，單擊“完成草圖”退出草圖界面2）按如下設(shè)置參數(shù)（注：布爾運算，選擇求差），單擊確定，完成耳環(huán)主體的拉伸，如圖4. 切除部分實體1）選擇拉伸，單擊截面中的繪制曲線，選擇現(xiàn)有平面的XZ平面，進入草繪環(huán)境

3、。按照二維圖紙繪制拉伸截面，繪制完成后，單擊“完成草圖”退出草圖界面2）按如下設(shè)置參數(shù)（注：布爾運算，選擇求差），單擊確定，完成耳環(huán)主體的拉伸，如圖 5.切除棱角1）選擇拉伸，單擊截面中的繪制曲線，選擇現(xiàn)有平面的耳環(huán)端面，進入草繪環(huán)境。按照二維圖紙繪制拉伸截面，繪制完成后，單擊“完成草圖”退出草圖界面2）按如下設(shè)置參數(shù)（注：布爾運算，選擇無），單擊確定，完成棱角主體的拉伸，如圖3）鏡像棱角插入-關(guān)聯(lián)復(fù)制-鏡像特征，選擇建立的棱角特征，選擇鏡像平面為YZ平面，單擊確定，如圖4）布爾差，在耳環(huán)主體上切除兩個棱角單擊求差命令，目標體為耳環(huán)主體，到具體為兩個棱角體，單擊確定 6.建立法蘭孔1）單擊孔命

4、令，位置-單擊繪制截面進入草繪環(huán)境，按二位圖紙繪制八個孔的中心位置，在中心位置放置一個點，完成草繪。2）按照如圖設(shè)置參數(shù)后，單擊確定7.建立連接體1）單擊拉伸命令，選擇，圓柱上表面，進入草繪環(huán)境，在中心位置繪制一個直徑為105的圓，完成草繪。2）按照如圖設(shè)置參數(shù)，選擇拔模角度為20，單擊確定。8.將已建成的模型進行布爾加運算9.生成底部空腔單擊球命令，指定點為整體坐標原點，直徑為90，布爾為求差，單擊確定10.建階梯孔1）單擊拉伸命令，在耳環(huán)端面，建立草繪平面，進入草繪環(huán)境后，在中心處畫一個直徑51的圓，完成草繪。2）按照如圖設(shè)置參數(shù)，拉伸值為10，布爾求差。3）同樣方法在另一個耳環(huán)端面建立階

5、梯孔。效果如下11.棱處理，倒圓角1）在如圖所示的幾處位置到R5圓角2）在如圖所示的幾處位置到R2圓角通過以上建模步驟，得出萬向節(jié)叉的三維模型，顯示如下圖傳動軸三維建模1. 建立法蘭盤，起始點為原點，指定矢量為+Z，建模參數(shù)如圖2.建立階梯軸，直徑95長1463. 建立階梯軸，直徑90長83 4. 建立階梯軸，直徑80長33 5.倒圓角R10在圖示位置R10倒圓角6. 倒圓角R1.5在圖示位置R1.5倒圓角7. 倒斜角2X2在圖示位置倒2X2斜角8.建立階梯軸（退刀槽）直徑60，長59.建立花鍵1）單擊拉伸，以小圓柱端面為草繪平面，進入草繪環(huán)境，根據(jù)二維草圖，繪制花鍵截面，完成草圖，如圖2）按

6、照圖示設(shè)置參數(shù)，拉伸花鍵3）對花鍵齒倒2x2斜角10. 建立階梯軸，直徑30長42，并倒圓角R1.511.建立法蘭孔（方法同萬向節(jié)叉法蘭孔）12.在YZ平面內(nèi)繪制回轉(zhuǎn)草圖。單擊草圖命令，選擇YZ平面，進入草繪環(huán)境，根據(jù)二維草圖進行繪制。13.單擊回轉(zhuǎn)命令，選擇草繪的曲線，選擇指定矢量為Z軸，指定點為坐標原點，單擊確定。14.拉伸耳環(huán)實體1）單擊拉伸，選擇XZ平面，進入草繪環(huán)境，按照二維圖紙進行草繪，完成草圖2）按照如圖設(shè)置，進行拉伸，得到耳環(huán)實體15.切除凸臺1）單擊拉伸，選擇圓臺表面為草繪平面，進入草繪環(huán)境，繪制曲線，如圖，完成草繪。2）按照如圖設(shè)置參數(shù)，切除拉伸16.切出耳環(huán)空腔1）單擊拉

7、伸，以一側(cè)面為平面，參照圖紙，進行草繪，曲線如圖，完成草繪2）按照圖示參數(shù)，切除實體17.倒圓角R5，按照圖示部位，進行倒圓角18.建立通孔選擇指定點為圓的圓心，以圖示數(shù)據(jù)，進行孔的切除19.倒角1x1通過以上建模過程，得到傳動軸的三維模型十字軸靜力學(xué)分析1.模型的導(dǎo)入1）模型的導(dǎo)出格式十字軸在UG中建模完成后，將其導(dǎo)出為parasolid_.x_t格式（導(dǎo)出文件名和路徑為英文）。文件-導(dǎo)出-parasolid，出現(xiàn)導(dǎo)出parasolid對話框后，框選整個實體，單擊確定在出現(xiàn)的對話框中，選擇保存路徑，輸入文件名，單擊OK。2）模型導(dǎo)入打開ANSYS_WORKBENCH界面，拖入靜力學(xué)分析模塊（

8、static structural） 3)右鍵單擊Geometry-Import Geometrybrowse，選擇十字軸的X-T模型，單擊確定4）雙擊Geometry，進入DM界面，單擊Generate，生成模型后關(guān)閉DM模塊2.靜力學(xué)分析1）雙擊Modal，進入2）網(wǎng)格劃分單擊流程樹中的mesh，在下方出對話框。設(shè)置如下參數(shù)，其他默認（1）relevance 58 （2）relevance center medium完成設(shè)置后，右鍵meshgenerate mesh ，自動生成網(wǎng)格，如圖3）施加載荷及邊界條件根據(jù)十字軸的工作狀態(tài)，知作用于十字軸軸頸中點的力為58110.24N。分析過程中，

9、將一對軸頸外圓周面施加固定約束，另一對軸頸外圓周面施加兩個等大反向的集中力，大小為58110.24N，方向垂直于軸線。（1）單擊static structural（A5）, supportsfixed support,選擇兩個圓柱面后，單擊aplly，其他保持默認。（2）loadsforce，選擇第三個圓柱面，單擊aplly，按如圖設(shè)置參數(shù)輸入值為58110.24N，direction為如圖所示方向（3）同樣方法設(shè)置另一個力 （4）通過上述設(shè)置，得到分析的載荷環(huán)境3）靜力學(xué)求解（1）單擊solution（A6），在工具欄中選擇stressequivalent stress（等效應(yīng)力）、maxi

10、num principal(最大正應(yīng)力)和maxinum shear（最大剪應(yīng)力）（2）右鍵solution（A6），單擊solve進行求解求解成功后，單擊equivalent stress查看等效應(yīng)力云圖，如圖?？梢钥闯鲎畲蟮牡刃?yīng)力為176.24Mpa單擊maxinum principal查看最大正應(yīng)力云圖，如圖?？梢钥闯鲎畲蟮恼龖?yīng)力為237.48Mpa（看做彎曲應(yīng)力參考值）單擊maxinum shear查看最大切應(yīng)力云圖，如圖?？梢钥闯鲎畲蟮那袘?yīng)力為90.622Mpa（看做彎曲應(yīng)力參考值）結(jié)論：通過以上的靜力學(xué)分析，在已有的力學(xué)環(huán)境下，十字軸的應(yīng)力值均在需用應(yīng)力范圍內(nèi)，即滿足使用要求。萬

11、向節(jié)叉靜力學(xué)分析1.模型導(dǎo)入與上節(jié)相同2.網(wǎng)格劃分3.施加載荷及邊界條件1）固定約束兩個孔的內(nèi)表面2）由于萬向軸叉受扭，扭矩為1025N.M，所以在法蘭盤外圓面施加力矩。單擊loadsmoment，選擇法蘭盤外圓面，輸入力矩大小1025000N.mm，其他默認，如圖。3.求解在求解樹里，一次插入，最大正應(yīng)力、最大切應(yīng)力、等效應(yīng)力，進行求解1）查看最大正應(yīng)力，最大為39.403Mpa2）查看最大切應(yīng)力，最大為20.895Mpa3）查看等效應(yīng)力，最大為39.155Mpa傳動軸靜力學(xué)分析 1.模型導(dǎo)入與上節(jié)相同2.網(wǎng)格劃分3.施加載荷及邊界條件1）固定約束兩個孔的內(nèi)表面2）由于傳動軸軸叉受扭，扭矩為1025N.M，所以在花鍵小徑施加力矩。單