畢業(yè)論文：液壓油泵虛擬裝配及部件有限元分析

1、摘 要YOTCHP8756液壓油泵是大連液壓機(jī)械廠的主要產(chǎn)品之一。它的工作效率和容積效率都比較高，可以廣泛應(yīng)用于很多場合。但該廠產(chǎn)品開發(fā)手段基本是傳統(tǒng)的串行方法，設(shè)計試制出原型樣機(jī)，然后測試、驗證并分析它們，但是由于工程師設(shè)計出產(chǎn)品，往往要經(jīng)過多次反復(fù)的試制才能成功進(jìn)入市場，產(chǎn)品開發(fā)時間長；在對設(shè)計大型、復(fù)雜程度較高的產(chǎn)品時，由于設(shè)計手段及生理因素的限制，設(shè)計易出錯和人為疏漏，并缺乏對產(chǎn)品的制造、裝配工藝性的預(yù)見，影響設(shè)計質(zhì)量；產(chǎn)品設(shè)計、制造費(fèi)用高，產(chǎn)品成本上升，缺乏市場競爭力。通過使用虛擬裝配技術(shù)能夠更加真實生動的反應(yīng)液壓油泵的裝配過程，為了能夠了解在實際載荷下關(guān)鍵部位的變形和應(yīng)力的情況還需

2、要使用到有限元分析技術(shù)。本次畢業(yè)設(shè)計是在3ds max軟件環(huán)境下對液壓油泵進(jìn)行虛擬裝配動畫制作，通過三維動畫生動的描述液壓油泵的裝配過程。同時在HyperMesh軟件下環(huán)境下進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分和有限元分析，通過分析的結(jié)果真實反映出液壓油泵的軸受力及載荷的狀況。關(guān)鍵詞：液壓油泵 虛擬裝配 液壓泵軸 有限元分析AbstractThe YOTCHP8756 hydraulic pressure pump is the main products of the Dalian hydraulic pressure machine factory. Its work efficiency and the c

3、apacity efficiencies are all high, and can be used in lots of situations. But the factory's products development is basic on a traditional method. first, they design manufactures as a prototype machine on a trial basis, then make the test、verify and analyze. Because engineers design the produces

4、 usually base on many times manufacture trial, only after the manufacture trial, the produces can succeed put into the market, it means the time of product developing is too long; Because of the design restrict and the physiology factor, then when they design the more large and complicated product,

5、design would make mistakes and artificial careless easily, and lack the foresee of the product manufacture and assemble craft ,this can be a influence to design quantity; It also make more designing、manufacturing expense of the product, the product's cost would be rising, then the produces lack

6、the competition ability. Through the use of more realistic virtual assembly vivid response to hydraulic pump assembly process, in order to understand the key parts in the actual load of the deformation and stress of the situation also need to use finite element analysis techniques. The graduation pr

7、oject is the environment in 3ds max software, virtual assembly of hydraulic pump animation, animated by a vivid description of three-dimensional hydraulic pump assembly. While under the HyperMesh software environment for cell mesh and finite element analysis, reflected through the true results of Hy

8、draulic pump shaft by the force and load conditions.Key words: hydraulic pressure pump virtual assemble Hydraulic pump shaft FEA 目錄引 言3第一章 緒論41.1液壓油泵的基本原理41.2液壓油泵的發(fā)展情況41.3 YOTCHP8756液壓油泵特點51.3.1液壓油泵的優(yōu)缺點51.32該廠產(chǎn)品內(nèi)容簡介61.4設(shè)計研究的內(nèi)容7第二章 相關(guān)軟件介紹82.1 3ds max軟件介紹82.2 HyperMesh軟件介紹82.3 Ansys軟件簡介9第三章液壓油泵虛擬裝配103

9、.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬裝配簡介103.1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)103.1.2虛擬裝配103.2虛擬裝配的方案和步驟113.2.1液壓油泵泵軸裝置裝配順序113.2.2裝配動畫的具體步驟113.2.3 動畫生成143.3 液壓油泵虛擬裝配總結(jié)15第四章 液壓油泵的軸有限元分析164.1 有限元基本理論簡介164.2 有限元分析基本步驟174.3 液壓油泵的軸有限元分析主要步驟174.3.1 有限元網(wǎng)格的創(chuàng)建174.3.2 剛性單元的創(chuàng)建184.3.3 相關(guān)屬性的創(chuàng)建194.3.4 約束和載荷的創(chuàng)建194.3.5 工況的創(chuàng)建214.3.6 計算及結(jié)果分析214.4 有限元分析小結(jié)26結(jié)論與展望27謝 辭

10、28參考文獻(xiàn)29引 言我國液壓件生產(chǎn)起步較早， 20世紀(jì)80年代后期，我國液壓組件的生產(chǎn)逐步市場化，近幾年在主機(jī)行業(yè)的帶動下，發(fā)展速度加快，每年的增速都在30%左右，現(xiàn)在已有大小規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)廠家六百多家。當(dāng)前國內(nèi)對液壓泵的需求正在不斷地增長，不僅在數(shù)量上，而且還對其品種、質(zhì)量和性能都有更高的要求。液壓泵產(chǎn)品由于應(yīng)用廣泛，隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，是很有潛在市場的機(jī)械基礎(chǔ)件產(chǎn)品?？梢蕴娲M(jìn)口，節(jié)約外匯，并且還可以走出國門，為國創(chuàng)匯。 YOTCHP8756液壓油泵是大連液壓機(jī)械廠開發(fā)的主要產(chǎn)品之一。它的工作效率和容積效率都比較高，可以廣泛應(yīng)用于很多場合，也可組成高效的液壓傳動系統(tǒng)。虛擬裝配是虛擬制造

11、的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗證裝配設(shè)計和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對模型進(jìn)行修改，并通過可視化顯示裝配過程。除了虛擬裝配技術(shù)，在畢業(yè)設(shè)計過程中還應(yīng)用到了有限元分析技術(shù),通過有限元分析技術(shù)了解部件在實際載荷下的變形及應(yīng)力情況，為檢驗設(shè)計是否符合標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)，而且為今后的生產(chǎn)和技術(shù)革新提供了技術(shù)支持。本次畢業(yè)設(shè)計是對液壓油泵進(jìn)行虛擬裝配動畫制作及其關(guān)鍵部件的有限元模擬仿真分析。通過對液壓油泵虛擬裝配的動畫制作，可以使工廠維修人員對液壓油泵的實際裝配過程有直觀的認(rèn)識，使轉(zhuǎn)向架這類復(fù)雜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)清晰的展現(xiàn)，為接下來的分析提供了幫助。通過對液壓油泵的軸的有限元分析可以了解在載荷

12、下液壓油泵的軸的變形及應(yīng)力情況，為檢驗設(shè)計是否符合標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。第一章 緒論1.1液壓油泵的基本原理液壓傳動技術(shù)因其介質(zhì)對環(huán)境無污染、來源廣泛、價格低廉、節(jié)約能源、使用安全、壓縮損失小、系統(tǒng)使用和維護(hù)成本低等一系列突出優(yōu)點,正好滿足了人們?nèi)找鎻?qiáng)烈的環(huán)保要求,因而它具有十分廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域,如:冶金、井下作業(yè)、食品、制藥、海洋開發(fā)、生物工程等行業(yè).液壓傳動技術(shù)涉及多個學(xué)科,是流體傳動與控制領(lǐng)域的前沿課題,具有廣闊的發(fā)展前景.齒輪泵的結(jié)構(gòu)和工藝在各類液壓泵中最簡單,并在價格、可靠性、壽命、抗污染以及自吸能力（允許的吸油真空度）等方面都有很強(qiáng)的優(yōu)勢,因此在液壓傳動與控制技術(shù)中,齒輪泵的應(yīng)用占很大的比重

13、,它廣泛應(yīng)用于機(jī)床、輕工、農(nóng)林、冶金、礦山、建筑、船舶、飛機(jī)、汽車、石化機(jī)械等機(jī)械產(chǎn)品的液壓系統(tǒng)中.但齒輪泵也有不少缺點,主要是流量和壓力脈動較大,動態(tài)性能差,噪聲較大,排量不可變,高溫效率較低.齒輪泵是液壓傳動系統(tǒng)中常用的液壓泵，在結(jié)構(gòu)上可分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩類，外嚙合齒輪泵的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，制造方便，價格低廉，工作可靠，自吸能力強(qiáng)，對油液的污染不敏感，維護(hù)容易。它的缺點是一些機(jī)件承受不平衡徑向力，磨損嚴(yán)重，工作壓力提高受到限制。此外，它的流量脈動大，因而壓力脈動和噪聲都較大。內(nèi)嚙合齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，由于齒輪轉(zhuǎn)向相同，相對滑動速度小，磨損小，使用壽命長，流量脈

14、動遠(yuǎn)比外嚙合齒輪小，因而壓力脈動和噪聲都較小，內(nèi)嚙合齒輪允許使用高轉(zhuǎn)速（高轉(zhuǎn)速下的離心力能使油液更好的充入密封工作腔），可獲得較高的容積效率。1.2液壓油泵的發(fā)展情況我國液壓件生產(chǎn)起步較早， 20世紀(jì)80代后期，我國液壓組件的生產(chǎn)逐步市場化，近幾年在主機(jī)行業(yè)的帶動下，發(fā)展速度加快，每年的增速都在30%左右，現(xiàn)在已有大小規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)廠家六百多家。當(dāng)前國內(nèi)對液壓泵的需求正在不斷地增長，不僅在數(shù)量上，而且還對其品種、質(zhì)量和性能都有更高的要求。液壓泵產(chǎn)品由于應(yīng)用廣泛，隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，是很有潛在市場的機(jī)械基礎(chǔ)件產(chǎn)品?？梢蕴娲M(jìn)口，節(jié)約外匯，并且還可以走出國門，為國創(chuàng)匯。 隨著科技的發(fā)展，納米技術(shù)

15、的應(yīng)用越來越廣泛，納米技術(shù)主要是發(fā)掘了材料本身固有的一些隱含特性，有些特性可以降低或消除材料本省的一些弊端，并發(fā)揮出材料本身所具有的一些卓越特性。液壓油泵產(chǎn)品行銷全國各地，做工精良，廣泛用于石油、化工、油脂、食品、制藥、橡膠、塑料、紡織、印染、合成纖維、船舶制造、筑路養(yǎng)路、木材加工、工程機(jī)械設(shè)備配套等行業(yè)公司。在密封行業(yè)中，密封材料的研究和開發(fā)一直是行業(yè)的尖端技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)國內(nèi)外知名納米研究機(jī)構(gòu)的長期合作，成功開發(fā)出了納米盤根系列，并向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請了發(fā)明專利，同時也開辟了盤根應(yīng)用的新領(lǐng)域，使盤根填料密封技術(shù)跨越性的提高，它的應(yīng)用使設(shè)備的密封性能和使用壽命均有顯著提高，并給用戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)

16、效益。液壓油泵的結(jié)構(gòu)形式分為三種：1.齒輪式 2.柱塞式 3.轉(zhuǎn)子式液壓油泵與油馬達(dá)在使用過程中會發(fā)生故障,這些故障的發(fā)生頻率與日常使用維護(hù)和保養(yǎng)的好壞有著密切的關(guān)系。為了能使其長期保持良好的工作狀態(tài)和較長的使用壽命,除應(yīng)建立和健全必要的日常維護(hù)保養(yǎng)制度,還應(yīng)當(dāng)防止使用過程中突發(fā)性事故的發(fā)生。由于工況條件的不同，盤根填料的種類也非常的繁多。為了更好的區(qū)分和選用盤根，我們通常按盤根填料的主體密封基材的材質(zhì)將盤根填料分為：1.天然纖維類主要有天然棉、麻、毛等為密封基材的盤根。2.陶瓷和金屬纖維盤根主要有：碳化硅盤根、碳化硼盤根、中堿玻璃纖維盤根等，由于單一的纖維材料都或多或少存在一些材料本身所具有

17、的缺點，采用單一的纖維來編織盤根，由于盤根纖維間存在著空隙，容易也引起滲漏，同時有些纖維的自潤滑性差，摩擦系數(shù)大，所以要浸漬一些潤滑劑、填充劑及特種添加劑等。來提高填料的致密性和潤滑性，如：混有石墨粉的礦物油或二硫化鉬潤滑脂，還有滑石粉、云母、甘油、植物油等，還有浸漬聚四氟乙烯分散乳液，并在乳液中加以適量的表面活性劑和分散劑等。特種添加劑通常有鋅微粒、阻隔劑、鉬基緩蝕劑等等，來降低盤根填料對設(shè)備的腐蝕。 3.礦物纖維類盤根 礦物纖維類盤根主要有石棉類盤根等 4.合成纖維類盤根 合成纖維類盤根主要有：石墨類盤根、碳纖維類盤根、聚四氟乙烯類盤根、Kevlar類盤根、亞克力夾硅膠型纖維盤根等。1.3

18、 YOTCHP8756液壓油泵特點YOTCHP8756液壓油泵是大連液壓機(jī)械廠開發(fā)的液壓旋轉(zhuǎn)組件，是該廠的主要產(chǎn)品之一。它是屬于內(nèi)嚙合齒輪泵，具有上述內(nèi)嚙合齒輪泵的特點，工作效率和容積效率都比較高，可以廣泛應(yīng)用于很多場合，也可組成高效的液壓傳動系統(tǒng)。1.3.1液壓油泵的優(yōu)缺點和其他的液壓泵產(chǎn)品相比較，大連液壓機(jī)械廠生產(chǎn)的YOTCHP8756液壓油泵有以下幾個優(yōu)點：1產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性比其它同類產(chǎn)品高，使用壽命較長，是一個比較成熟的產(chǎn)品。2結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計以實用為最根本訴求。3效率比其它產(chǎn)品高。4傳動平穩(wěn)噪音低，可提高機(jī)器性能，改善操作者的勞動條件。液壓油泵的缺點：1 在惡劣的環(huán)境下容易發(fā)生故障。

19、2 由于生產(chǎn)設(shè)備的原因，該產(chǎn)品的工藝還不是很精湛。1.32該廠產(chǎn)品內(nèi)容簡介該廠產(chǎn)品開發(fā)手段基本是傳統(tǒng)的串行方法，設(shè)計試制出原型樣機(jī)，然后測試、驗證并分析它們，工程師設(shè)計出產(chǎn)品，往往要經(jīng)過多次反復(fù)的試制才能成功進(jìn)入市場，產(chǎn)品開發(fā)時間長，無法在縮短上市時間上取得實質(zhì)性的突破。而且傳統(tǒng)制造業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計、制造過程中存在以下問題：1. 產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量不高、預(yù)見性差，主要表現(xiàn)在對設(shè)計大型、復(fù)雜程度較高的產(chǎn)品時，由于設(shè)計手段及生理因素的限制，設(shè)計易出錯和人為疏漏，并缺乏對產(chǎn)品的制造、裝配工藝性的預(yù)見，影響設(shè)計質(zhì)量。2. 在傳統(tǒng)設(shè)計模式中，基本是串行的工作流程，設(shè)計、制造周期長，不能快速響應(yīng)市場。3. 產(chǎn)品設(shè)計

20、、制造費(fèi)用高，產(chǎn)品成本上升，缺乏市場競爭力。由于設(shè)計中的錯誤多數(shù)只有在生產(chǎn)、裝配中發(fā)現(xiàn)，返工和廢品增加成本;依靠物理原型機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)、裝配、測試和更改設(shè)計，產(chǎn)品開發(fā)周期長，成本高，己不能滿足當(dāng)前激烈的市場競爭對產(chǎn)品開發(fā)的要求，企業(yè)急需根據(jù)自身特點，探索一種先進(jìn)高效的設(shè)計方法和模式。要解決上述問題，制造業(yè)必須從的設(shè)計手段和方法的研究著手，加強(qiáng)信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級。在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而使產(chǎn)品一次性制造成功，來達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的目的，為企業(yè)全面采用虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)設(shè)計產(chǎn)品，提供可行的流程和方法。對該產(chǎn)品的所有部件進(jìn)行三維立體建模，然后進(jìn)行模

21、擬裝配，用動畫的形式把裝配過程最直觀生動的展現(xiàn)出來。該液壓泵的非標(biāo)準(zhǔn)件有：泵隔板，泵軸，泵軸承，擋圈，隔離套，密封墊，密封蓋板，內(nèi)轉(zhuǎn)子，偏心套，外轉(zhuǎn)子，油泵體，左泵蓋。標(biāo)準(zhǔn)件有：墊圈，螺釘，銷，半圓鍵，鉚釘，螺堵，油封，鍵。1.4設(shè)計研究的內(nèi)容本次設(shè)計主要由制作液壓油泵的虛擬裝配動畫和對液壓油泵的軸的有限元分析兩方面內(nèi)容組成，具體任務(wù)內(nèi)容如下：1. 學(xué)習(xí)掌握虛擬裝配的理論及基本方法。2. 熟悉3ds max等軟件應(yīng)用。3. 使用3ds max軟件完成液壓油泵虛擬裝配動畫圖片的渲染。4. 使用Photoshop及Premiere軟件將渲染的圖片制作成完整的動畫并添加字幕。5. 熟悉Hyperme

22、sh及Ansys軟件的應(yīng)用。6. 使用Hypermesh及Ansys軟件完成對液壓油泵的軸的有限元網(wǎng)格劃分及施加載荷約束并進(jìn)行有限元分析。第二章 相關(guān)軟件介紹本次畢業(yè)設(shè)計需要使用到3ds max，HyperMesh及Ansys等軟件，本章內(nèi)容是對相關(guān)軟件進(jìn)行簡單介紹。2.1 3ds max軟件介紹3ds max是美國Autodesk公司的電腦三維模型制作和渲染軟件，是目前最流行的三維動畫制作軟件，在電影、游戲、室內(nèi)設(shè)計等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。3DS系列軟件在三維動畫領(lǐng)域擁有悠久的歷史，在1990年以前，只有少數(shù)幾種可以在PC上可用的渲染和動畫軟件，這些軟件或者功能極為有限，或者價格非常昂貴,

23、或者二者兼而有之。作為一種突破性新產(chǎn)品，3d studio的出現(xiàn)，打破了這一僵局。3d studio為在PC機(jī)上進(jìn)行渲染制作動畫提供了價格合理、專業(yè)化、產(chǎn)品化的工作平臺，并且使制作計算機(jī)動畫成為一種前人所不能的職業(yè)。后來隨著Windows平臺的普及以及其他三維軟件開始向Windows平臺發(fā)展，三維軟件技術(shù)面臨著重大的技術(shù)改革。從1993年開始，3d studio軟件所屬公司果斷地放棄了在DOS操作系統(tǒng)下創(chuàng)建的3d studio源代碼，而開始使用全新的操作系統(tǒng)（Windows NT）、全新的編程語言（Visual C+）、全新的結(jié)構(gòu)（面向?qū)ο螅┚帉懥?d studio max。在3d studi

24、o max1.0版本問世后僅1年，該公司又重寫代碼，推出了3d studio max2.0。這次升級是一個質(zhì)的飛躍，增加了上千處的改進(jìn)，尤其是增加了NURBS建模、光線跟蹤材質(zhì)發(fā)及鏡頭光斑等強(qiáng)大功能，使得該項版本成為了一個非常穩(wěn)定的三維動畫制作軟件，從而占據(jù)了三維動畫軟件市場的主流地位。隨后的幾年里，3d studio max先后升級到3.0、4.0、5.0一直到9.0版本，每一個版本的升級都包含了許多革命性的技術(shù)更新。從4.0版本開始，所屬公司發(fā)生變化，由原來的Kinetix變?yōu)橐粯拥腄iscreet，3d studio max的名稱也精簡為“3ds max”。2.2 HyperMesh軟件

25、介紹HyperMesh是一個高性能有限單元前后處理器，讓工程師在高度交互及可視化的環(huán)境下驗證各種設(shè)計條件。HyperMesh的圖形用戶界面易于學(xué)習(xí)，并且支持直接輸入CAD幾何模型和已有的有限元模型，減少重復(fù)性的工作。先進(jìn)的后處理工具保證形象地表現(xiàn)復(fù)雜的仿真結(jié)果。HyperMesh具有無比的速度，適應(yīng)性和可定制性，并且模型規(guī)模沒有軟件限制。 HyperMesh主要特點如下： 1.通過高性能的有限元建模和后處理大大縮短工程分析的周期。 2.直觀的圖形用戶界面和先進(jìn)的特性減少學(xué)習(xí)的時間并提高效率。 3.直接輸入CAD幾何模型及有限元模型，減少用于建模的重復(fù)工作和費(fèi)用。 4.高速度、高質(zhì)量的自動網(wǎng)格劃

26、分極大地簡化復(fù)雜幾何的有限元建模過程。 5.在一個集成的系統(tǒng)內(nèi)支持范圍廣泛的求解器，確保在任何特定的情形下都能使用適用的求解器。 6.極高的性價比使軟件投資得到最好的回報。 7.高度可定制性更進(jìn)一步提高效率。 8.用戶可以創(chuàng)建宏以自動運(yùn)行一系列操作。 9.通過模板可以將HyperMesh數(shù)據(jù)輸出為其他求解器和程序可讀的格式。10.通過增加個人的輸入轉(zhuǎn)換器，可以擴(kuò)展HyperMesh對其他分析軟件數(shù)據(jù)的支持 11.應(yīng)用提供的工具可以創(chuàng)建專用的轉(zhuǎn)換器，將特殊的分析結(jié)果轉(zhuǎn)化成HyperMesh結(jié)果格式。 12.HyperMesh具有工業(yè)界主要的CAD數(shù)據(jù)格式接口。它包含一系列工具，用于整理和改進(jìn)輸入

27、的幾何模型。輸入的幾何模型可能會有間隙、重疊和缺損，這些會妨礙高質(zhì)量網(wǎng)格的自動劃分。通過消除缺損和孔，以及壓縮相鄰曲面的邊界等，可以在模型內(nèi)更大、更合理的區(qū)域劃分網(wǎng)格，從而提高網(wǎng)格劃分的總體速度和質(zhì)量。同時具有云圖顯示網(wǎng)格質(zhì)量、單元質(zhì)量跟蹤檢查等方便的工具，及時檢查并改進(jìn)網(wǎng)格質(zhì)量。2.3 Ansys軟件簡介Ansys有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機(jī)設(shè)計程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動器械等。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

28、塊提供了一個強(qiáng)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；分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、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；后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、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。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個人機(jī)到大型機(jī)的多種計算機(jī)設(shè)備上，如PC，

29、SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。第三章 液壓油泵虛擬裝配3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬裝配簡介3.1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實是利用計算機(jī)技術(shù)，對現(xiàn)實的運(yùn)動進(jìn)行模擬和聲像演示。在虛擬機(jī)過程中，操縱者可以身臨其境地感覺到這個過程的運(yùn)動情況，可以對設(shè)備進(jìn)行操縱，可以查看生產(chǎn)過程、實驗過程、施工圖過程、供應(yīng)過程、物流過程等活動的各種技術(shù)參數(shù)的動態(tài)值，從而確認(rèn)現(xiàn)實的系統(tǒng)是否有能力完成預(yù)定的任務(wù)和如何去完成，也可從中發(fā)現(xiàn)運(yùn)動過程的缺陷和問題，予以改進(jìn)。典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有以下幾部分組成：1.效果發(fā)生器。效果發(fā)生器是完成人與虛擬環(huán)境交互的硬件接口裝置，包括人們產(chǎn)生現(xiàn)實沉浸感受到的各類輸出裝置，例

30、如頭盔顯示器、立體聲耳機(jī)；還包括能測定視線方向和手指動作的輸入裝置，例如頭部方位探測器和數(shù)據(jù)手套等。2.實景仿真器。實景仿真器是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心部分，它實際上是計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，包括的軟件開發(fā)工具及配套硬件組成，其任務(wù)是接受和發(fā)送效果發(fā)生器產(chǎn)生或接收的信號。3.應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)是面向不同虛擬過程的軟件部分，它描述虛擬的具體內(nèi)容，包括仿真動態(tài)邏輯、結(jié)構(gòu)，以及仿真對象及之間和仿真對象與用戶之間交互關(guān)系。4.幾何構(gòu)造系統(tǒng)。它提供描述仿真對象物理屬性，例如形狀、外觀、顏色、位置等信息，應(yīng)用系統(tǒng)在生成虛擬世界時，需要這些信息。3.1.2虛擬裝配虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗證

31、裝配設(shè)計和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)狀配中的問題，對模型進(jìn)行修改，并通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計人員考慮可行的裝配序列，自動生成裝配規(guī)劃，它包括數(shù)值計算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作所模擬等?，F(xiàn)在產(chǎn)品的制造正在向著自動化、數(shù)字化的反向發(fā)展，虛擬裝配是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個重要環(huán)節(jié)。近幾年虛擬裝備(VA)技術(shù)在虛擬產(chǎn)品開發(fā)（VPD）技術(shù)和面向裝配的設(shè)計（DFA）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展了起來。VPD是虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在制造業(yè)產(chǎn)品開發(fā)方面的具體應(yīng)用。VPD的實質(zhì)，就是在設(shè)計階段對產(chǎn)品從設(shè)計到制造業(yè)產(chǎn)品開發(fā)方面的具體應(yīng)用。VPD的實質(zhì)，就是在設(shè)計階段對產(chǎn)品從設(shè)計到制造的全過程同

32、意建模，并通過仿真技術(shù)在計算機(jī)上對虛擬產(chǎn)品進(jìn)行快速反復(fù)迭代，使生命周期內(nèi)的各個方面如產(chǎn)品性能，可加工性，可裝配性，可維護(hù)性等達(dá)到均衡優(yōu)化。1980年，美國馬薩諸塞大學(xué)的G.Boothroyd和P.Dewhurst正式提出了面向裝配的設(shè)計（DFA）這一概念，裝配自動化的迫切雪球式這一技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展的動力。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)軟件，硬件性能日益提高，為DFA的研究提供了更好的工具和環(huán)境，CIMS的深入，并行工程和虛擬制造（VM）的興起也為DFA的作用對象得以拓展為涵蓋產(chǎn)品開發(fā)過程中與裝配相關(guān)的所有活動，集成化，并行化和擬實化石DFA研究發(fā)展的主要表現(xiàn)。3.2虛擬裝配的方案和步驟3.2.1

33、液壓油泵泵軸裝置裝配順序按照廠家提供的資料中工藝規(guī)程的要求，液壓油泵的安裝順序為：泵軸擋圈泵軸承半圓鍵內(nèi)轉(zhuǎn)子外轉(zhuǎn)子偏心套隔離套泵隔板半圓鍵內(nèi)轉(zhuǎn)子外轉(zhuǎn)子偏心套銷泵軸承油泵體左泵蓋墊圈螺栓密封蓋板墊圈螺栓鍵液壓油泵泵軸裝配完成。3.2.2裝配動畫的具體步驟1. 導(dǎo)入文件由于Pro/E中的整體裝配圖不能直接導(dǎo)入3ds MAX軟件中，因此需要安裝PolyTrans軟件極其插件，利用該軟件把Pro/E文件導(dǎo)入3ds MAX軟件中，然后才可以制作動畫。2. 建立動畫模型導(dǎo)入后對模型的各零件建立選擇集并根據(jù)實際零件數(shù)及每個零件裝配所用時間進(jìn)行估算，確定Length（動畫長度）、Frames Per（每秒幀數(shù)

34、）參數(shù)。本次設(shè)計Frames Per參數(shù)為25f/s，Length長度為1900幀。但當(dāng)動畫長度不夠時可隨時通過時間設(shè)置選項進(jìn)行修改。3. 攝像機(jī)的建立一部影片必然要由一臺甚至多臺攝像機(jī)的拍攝而成，因此在動畫制作過程中攝像機(jī)也是場景中必不可少的組成部分，它完全可以模擬顯示生活中的攝像機(jī)。在3ds max中，攝像機(jī)有目標(biāo)攝像機(jī)和自由攝像機(jī)兩種，本課題虛擬裝配的動畫制作應(yīng)用的是目標(biāo)攝像機(jī)。目標(biāo)攝像機(jī)由攝像機(jī)圖標(biāo)，目標(biāo)點和觀察區(qū)三部分組成，用戶可以分別調(diào)整攝影機(jī)目標(biāo)和目標(biāo)點的位置。目標(biāo)攝像機(jī)的建立： 首先要點擊右側(cè)工具面板中的創(chuàng)建面板，然后選擇攝像機(jī)圖標(biāo)，然后選擇目標(biāo)攝像機(jī)，左鍵單擊并拖動鼠標(biāo)，在適

35、當(dāng)位置后釋放鼠標(biāo)左鍵，確定攝影機(jī)圖標(biāo)和目標(biāo)點位置，即可創(chuàng)建一個目標(biāo)攝影機(jī)。通過切換視窗操作，在攝像機(jī)窗口中可以通過導(dǎo)航器上的一些按鈕來對攝像機(jī)進(jìn)行操作以達(dá)到最佳的觀察效果。還可以在其他視窗通過調(diào)整攝影機(jī)圖標(biāo)和目標(biāo)點位置來調(diào)整觀察方向。在攝像機(jī)視圖導(dǎo)航器中常用按鈕的操作和含義如下：“推拉攝像機(jī)”該按鈕通過鼠標(biāo)的上下移動來沿視線的前后移動攝像機(jī)點?！巴敢暋痹摪粹o通過鼠標(biāo)的上下、左右移動來沿視線的前后移動攝像機(jī)點，并同時改變攝像機(jī)的視野。“視野”該按鈕通過鼠標(biāo)的上下移動來改變攝像機(jī)的視野。“平移攝像機(jī)”該按鈕通過鼠標(biāo)的上下、左右移動來沿垂直于視線的方向來移動攝像機(jī)點?！碍h(huán)游攝像機(jī)”該按鈕通過鼠標(biāo)的上

36、下、左右移動來沿攝像機(jī)點轉(zhuǎn)動攝像機(jī)目標(biāo)點。以液壓油泵泵軸裝置的泵軸承組成為例來說明該部件的裝配：1) 打開3dsmax文件，建立攝像機(jī)，預(yù)先調(diào)整好攝像機(jī)角度，使油泵裝置能夠在畫面中完整顯示。先在選擇集中選定泵軸，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至75幀，記錄該時的位置，右鍵時間滑塊設(shè)置關(guān)鍵幀。修改零件在空間中的位置，泵軸至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至0幀，記錄該關(guān)鍵點。2) 在選擇集中選定擋圈，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至125幀，記錄該時的位置。修改零件在空間中的位置，拖動擋圈至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至75幀，記錄該關(guān)鍵點。3) 在選擇集中選定泵軸承，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至175幀，記錄

37、該時的位置。修改零件在空間中的位置，拖動泵軸承至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至125幀，記錄該關(guān)鍵點。4) 從選擇集中選定半圓鍵，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至225幀，記錄該關(guān)鍵點。拖動半圓鍵至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至175幀，記錄該關(guān)鍵點。5) 從選擇集中選定內(nèi)轉(zhuǎn)子，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至300幀，記錄該關(guān)鍵點。拖動內(nèi)轉(zhuǎn)子至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至225幀，記錄該關(guān)鍵點。6) 從選擇集中選定外轉(zhuǎn)子，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動375幀，記錄關(guān)鍵點。拖動外轉(zhuǎn)子至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至300幀，記錄該關(guān)鍵點。（如圖3-1）7) 從選擇集中選定偏心套。把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動42

38、5幀，記錄關(guān)鍵點，拖動偏心套至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至375幀，記錄該關(guān)鍵點。8) 從選擇集中選定隔離套，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至475幀，記錄該關(guān)鍵點。拖動隔離套至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至425幀，記錄該關(guān)鍵點。9) 從選擇集中泵蓋板，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至550幀，記錄該關(guān)鍵點。拖動泵蓋板至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至475幀，記錄該關(guān)鍵點。10) 從選擇集中選定半圓鍵。把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動600幀，記錄關(guān)鍵點。拖動半圓鍵至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至550幀，記錄該關(guān)鍵點。11) 從選擇集中選定內(nèi)轉(zhuǎn)子。把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動675幀，記錄關(guān)鍵點。拖動內(nèi)轉(zhuǎn)子至可

39、視范圍外，并逆時針旋轉(zhuǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)子為720度，挪動關(guān)鍵點滑塊至600幀，記錄該關(guān)鍵點。12) 從選擇集中選定外轉(zhuǎn)子。把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動750幀，記錄關(guān)鍵點。拖動外轉(zhuǎn)子至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至675幀，記錄該關(guān)鍵點。按照上述方法，以先設(shè)置最后裝配位置然后設(shè)置初始位置的關(guān)鍵幀為原則。將剩余的零件設(shè)置關(guān)鍵幀。13) 攝像機(jī)角度旋轉(zhuǎn)的設(shè)置，將關(guān)鍵點拖動到1525幀，選擇攝像機(jī)，右鍵時間滑塊設(shè)置關(guān)鍵幀。旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)到適當(dāng)角度，挪動關(guān)鍵點滑塊至1875幀，右鍵設(shè)置關(guān)鍵幀。泵軸裝配完成。（如圖3-2）本次設(shè)計使用3ds MAX軟件做虛擬裝配是需要注意：一是裝配之前需建立選擇集。確定物件名稱。由于Pro

40、/E中的零件是以BOM表中的物料號和圖紙?zhí)杹碛涗洠越⑦x擇集會使動畫制作更加簡單。選擇集的建立必須取消設(shè)置關(guān)鍵點，因此要求操作者在分析部件之后首先創(chuàng)建選擇集，否則在對選擇集做動畫時不能移動選擇集。圖3-1油泵泵軸的部件裝配圖圖3-2液壓油泵泵軸整體裝配圖當(dāng)裝配動畫完成后還需要對零件進(jìn)行附加材質(zhì)，才能使整個裝配演示看起來更加逼真。點擊右側(cè)上方窗口中材質(zhì)庫，選擇認(rèn)為合適的材質(zhì)對應(yīng)的圖標(biāo)就可以將相應(yīng)的材質(zhì)貼到零件的表面。通過調(diào)整材質(zhì)庫中材質(zhì)的性能參數(shù)來調(diào)節(jié)零件的光澤度，透明度等各個參數(shù)。3.2.3 動畫生成1.渲染圖片渲染是在3ds max中制作效果圖的最后一步工作，但也是很重要的一步，一幅效果

41、圖如果渲染的不好，將會影響到動畫的質(zhì)量。該按鈕主要是用于渲染單幀圖片，以便檢查該圖片是否符合動畫制作的標(biāo)準(zhǔn)。該按鈕主要用于對渲染條件進(jìn)行重新設(shè)置，是標(biāo)準(zhǔn)的渲染工具，單擊該按鈕可打開渲染場景對話框。渲染場景對話框打開后要對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在時間輸出設(shè)置中，通過不同需要對單選按鈕進(jìn)行選擇。輸出大小的設(shè)置中，需要把寬度改為1024，高度改為768，將強(qiáng)制雙面和兩盞燈按鈕打開，設(shè)置圖片保存的路徑。完成以上工作后，點擊渲染，開始工作。2.文字標(biāo)注文字標(biāo)注是在軟件中，首先載入需要進(jìn)行標(biāo)注的圖片（步驟1中渲染后圖片），雙擊最大后新建圖層，將前景顏色選擇為黃色，在新圖層中選擇合適的線型和文字進(jìn)行標(biāo)注，隱藏背景保

42、存為psd文件。3.合成動畫首先運(yùn)行After effect軟件，將渲染出的jpg格式動畫圖片和psd格式圖片全部導(dǎo)入到After effect中，然后將圖片拖入時間段模塊的視頻欄，將標(biāo)注圖片拖入其上方的視頻欄，找到與部件裝配相匹配的時間點，最后對動畫進(jìn)行預(yù)覽，確認(rèn)無誤后輸出即可。3.3 液壓油泵虛擬裝配總結(jié)本章虛擬裝配利用導(dǎo)入的液壓油泵實體模型，結(jié)合3ds max制作擬實動畫，把裝配的過程進(jìn)行了三維動態(tài)處理。實現(xiàn)了液壓油泵三維虛擬動態(tài)裝配，利用這一方法可以對液壓油泵裝配進(jìn)行虛擬仿真，同時可指導(dǎo)裝配者輕松地完成液壓油泵裝置。本次設(shè)計使用3ds max軟件做虛擬裝配時作出如下總結(jié)：1首先在導(dǎo)入裝

43、配圖后，將裝配動畫所需要的部件建立集合并命名，這樣在后來裝配時便于尋找和選擇相關(guān)部件。將暫時用不到的零件先予以隱藏，節(jié)省電腦資源，防止畫面運(yùn)作不流暢。2盡量使零件的裝配動作和裝配位置更加明顯，清晰。這就需要當(dāng)零件裝配時的鏡頭盡量顯示在屏幕的中央，而且鏡頭越近越好。零件在視窗外的位置要越遠(yuǎn)越好，避免在旋轉(zhuǎn)鏡頭的時候出現(xiàn)無關(guān)零件。3.為了達(dá)到更好的觀察效果，在裝配過程中要經(jīng)常調(diào)整攝像機(jī)位置，在攝像機(jī)移動的前后都要記錄其關(guān)鍵點，要把攝像機(jī)也要當(dāng)做一個零件一樣進(jìn)行操作。4零件裝配速度不宜太急，也不宜太緩，應(yīng)把握好節(jié)奏，盡量使其保持一致。5為對各部件進(jìn)行更好的區(qū)分，需要對部件進(jìn)行附材質(zhì)操作。點擊右側(cè)上方

44、窗口中材質(zhì)庫，選擇認(rèn)為合適的材質(zhì)對應(yīng)的圖標(biāo)就可以將相應(yīng)的材質(zhì)貼到零件的表面。通過調(diào)整材質(zhì)庫中材質(zhì)的性能參數(shù)來調(diào)節(jié)零件的光澤度，透明度等各個參數(shù)。第四章 液壓油泵的軸有限元分析本次設(shè)計采用HyperMesh軟件進(jìn)行液壓油泵的軸的有限元網(wǎng)格劃分，以及工況卡片的建立，然后通過Ansys軟件對由HyperMesh處理過的模型進(jìn)行分析計算得出結(jié)論。4.1 有限元基本理論簡介有限元分析的基本概念是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是

45、準(zhǔn)確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。 對于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運(yùn)算求解不同。有限元求解問題的基本步驟通常為： 第一步：問題及求解域定義：根據(jù)實際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。 第二步：求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越?。ňW(wǎng)絡(luò)越細(xì)）則離散域的近似程度越好，計算結(jié)果也越精確，但計算量及誤差都將增大，因此求解域的

46、離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。 第三步：確定狀態(tài)變量及控制方法：一個具體的物理問題通常可以用一組包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價的泛函形式。 第四步：單元推導(dǎo)：對單元構(gòu)造一個適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣（結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣）。 為保證問題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。 對工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為好，畸形時不僅精度低，而且將導(dǎo)致無法求解。 第五步：總裝求解：將單元

47、總裝形成離散域的總矩陣方程（聯(lián)合方程組），反映對近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。總裝是在相鄰單元結(jié)點進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)（可能的話）連續(xù)性建立在結(jié)點處。 第六步：聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋：有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元結(jié)點處狀態(tài)變量的近似值。對于計算結(jié)果的質(zhì)量，將通過與設(shè)計準(zhǔn)則提供的允許值比較來評價并確定是否需要重復(fù)計算。 簡言之，有限元分析可分成三個階段，前處理、處理和后處理。前處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡便提取信息，了解計算結(jié)果。4.2 有限元分析基

48、本步驟從使用有限元程序的角度看，對轉(zhuǎn)臂的有限元分析可分為三個步驟，即有限元分析的前處理、有限元分析的計算和有限元分析的后處理。1.前處理1）建立分析結(jié)構(gòu)的幾何模型。本次分析的轉(zhuǎn)臂模型是以IGES文件格式為中介，從Pro/E系統(tǒng)中獲取幾何模型。2）根據(jù)分析對象和目的，確定有限元網(wǎng)格劃分方案，建立有限元分析的計算模型。3）確定并施加邊界條件（結(jié)構(gòu)所受的載荷和約束）。2.計算是在形成總剛度方程并經(jīng)約束處理后求解大型聯(lián)立線性方程組，最終得到節(jié)點唯一的過程。3.后處理對計算輸出的結(jié)果（包括各種應(yīng)力、位移）進(jìn)行必要的處理并按一定的方式（如等應(yīng)力線、變形圖）顯示或打印出來，以便對分析對象的性能或設(shè)計的合理性

49、進(jìn)行分析、評估，從而作出相應(yīng)的改進(jìn)或優(yōu)化。接下來對液壓油泵的軸有限元分析的部分步驟進(jìn)行闡述。4.3 液壓油泵的軸有限元分析主要步驟4.3.1 有限元網(wǎng)格的創(chuàng)建 在轉(zhuǎn)換成IGS導(dǎo)入模型之后，首先要進(jìn)行幾何模型的修復(fù)，可以通過自動修復(fù)按鍵進(jìn)行自動修復(fù)。之后就可以進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分，具體步驟如下：首先在3D頁面上選擇Tetramesh面板再選擇Volume Tetra子面板，點擊Surf處于激活狀態(tài)，選擇模型的一個表面，模型的所有相鄰表面都會被自動選中顯示為白色。將2D選項設(shè)置為Trias，3D選項設(shè)置為Tetra，這些設(shè)置用于控制零件的表面網(wǎng)格和實體網(wǎng)格的單元類型。確認(rèn)Use Curvature

50、和Use Proximity選項是關(guān)閉的，在Element Size= 輸入框中輸入2，點擊Tetmesh，自動創(chuàng)建四面體網(wǎng)格。模型如圖4-1圖4-1 劃分網(wǎng)格的有限元模型通過以上步驟，完成網(wǎng)格劃分，共建立13866個節(jié)點，59096個有限元網(wǎng)格。4.3.2 剛性單元的創(chuàng)建 剛性單元的建立需要首先創(chuàng)建剛性節(jié)點然后通過節(jié)點進(jìn)行剛性連接成為剛性單元。1.創(chuàng)建剛性節(jié)點在Geom菜單中選擇Distance，選擇Two Nodes子面板，在孔的內(nèi)壁上選擇距離最遠(yuǎn)的兩個節(jié)點，作為兩個節(jié)點N1和N2，點擊Nodes Between=，輸入數(shù)值1。點擊Nodes Between創(chuàng)建中間節(jié)點，此點位中心點，點擊

51、Return。2創(chuàng)建剛性連接在1D面板中選擇Rigids面板，選擇Create子面板，點擊與Dependent旁按鍵，切換為Multiple Nodes。選擇以創(chuàng)建的中心節(jié)點作為Dependent Nodes，點擊Dependent后的Nodes，選擇By Geoms后選擇Surf,進(jìn)入選項卡后選擇By Face。在內(nèi)壁上選取整個面，點擊Add To Selection，最后點擊Create創(chuàng)建完成.重復(fù)以上步驟，完成其余2個孔的剛性單元建立。模型如圖4-2圖4-2 剛性單元建立4.3.3 相關(guān)屬性的創(chuàng)建該有限元模型主要需創(chuàng)建單元類型和材料屬性。1.創(chuàng)建單元類型在Ansys模板中，選擇ETty

52、pe起名為solid，在card image中選擇solid45，單擊creat，單元創(chuàng)建完成。同樣方法創(chuàng)建mass單元，在card image中選擇mass21，單擊creat，單元創(chuàng)建完成。2.創(chuàng)建材料屬性本模型選用Q345鋼作為材料。在菜單中選擇“Materials”，在彈出菜單中輸入名稱“steels”，“card image”中選擇“MATERIAL”，單擊“Creat/Edit”,輸入材料的彈性模量為206000000，密度為7.8e-6，泊松比為0.2，單擊“return”，至此材料屬性創(chuàng)建完畢。本次設(shè)計默認(rèn)計算單位的量綱為mN，mm，kg，kPa，使用其他單位時會進(jìn)行換算說明。

53、4.3.4 約束和載荷的創(chuàng)建對有限元模型施加邊界條件的原則就是：在反映真實情況的前提下，對力和載荷進(jìn)行合理的簡化。在施加邊界條件的過程中還要具體情況具體對待，綜合考慮模型結(jié)構(gòu)、分析目的、試驗數(shù)據(jù)等因素。液壓油泵的軸的受力形式為在連接構(gòu)架處受到約束，另一端連接軸箱處受到橫向載荷和垂向載荷，因此在分析時需要在有兩個孔一端的剛性節(jié)點處分別添加約束，另一端的剛性節(jié)點施加載荷，具體操作如下：1.準(zhǔn)備工作在工具欄中點擊Collector，進(jìn)入Create子面板后設(shè)置創(chuàng)建的集合類型為Load Collectors，設(shè)置Name分別為Forces1，F(xiàn)orces2和Spc，切換創(chuàng)建方法至No Card Ima

54、ge點擊Return返回主菜單。2.在A.B兩個剛性節(jié)點上施加約束（Spc）在Analysis頁面中，選擇Constraints面板，點擊Create子面板，類型選擇為Nodes。激活自由度(Dof)1到6，點擊Create,在點上創(chuàng)建約束。設(shè)置Size=為50，激活選項Label Constraints點擊Return返回主菜單。圖4-3 添加約束面板3.在C剛性節(jié)點上施加載荷考慮液壓油泵的軸垂向會一直受到一個沿Z軸負(fù)方向的壓力。通過以上分析建立兩種載荷情況，如表表 載荷表載荷名稱載荷大小（方向）Forces119600N(Y軸正方向)具體方法為選擇已創(chuàng)建的Forces1右擊選擇MakeCu

55、rrent設(shè)置為當(dāng)前，然后在Analysis頁面中選擇Forces面板中選擇Create子面板，激活Nodes后，點擊剛性節(jié)點C，再設(shè)置“Magnitude=”的值為19600000,將方向選項由N1,N2,N3切換至X-Axis，點擊Create創(chuàng)建力，即可創(chuàng)建一個大小為19600000mN，方向為Y軸正方向的力，點擊Create創(chuàng)建力。點擊Return返回主菜單，載荷Forces1施加完成。載荷添加面板如圖4-4圖4-4 添加載荷面板全部邊界條件創(chuàng)建后的效果圖如圖4-5圖4-5 邊界條件添加后的效果圖4.3.5 工況的創(chuàng)建在Analysis頁面中選擇load steps，首先建立工況1的條

56、件，命名load1后點擊loadcols，將之前設(shè)置好的約束條件spc和載荷條件Forces1選中，單擊select后單擊create，完成工況1創(chuàng)建。同方法使用spc和Forces2創(chuàng)建工況2和工況3。工況表如表4-2表4-2 工況表工況名稱載荷名稱約束Load1Forces1一端是延X、Y方向的平動和轉(zhuǎn)動都約束，延Z方向的平動也約束，Z方向的轉(zhuǎn)動放開。另一端延X、Y的平動和轉(zhuǎn)動都約束，延Z方向的平動和轉(zhuǎn)動都放開Load2Forces13g軸向Load3Forces12g垂直軸向4.3.6 計算及結(jié)果分析 對有限元進(jìn)行分析計算，需要使用Ansys軟件，計算步驟如下：1.導(dǎo)入文件將已經(jīng)用Hyp

57、ermesh軟件處理完成的有限元模型導(dǎo)入到Ansys軟件中。具體方法為：在“File”中選擇“Export”,再選擇“FE Model”,在彈出對話框中輸入要保存的文件名，格式為cdb，并選擇保存的路徑。2.讀取文件啟動Ansys軟件，點擊主菜單的“File”，選擇“Read Input from”,打開之前保存的文件。3.對導(dǎo)入文件進(jìn)行計算圖4-6 工況1應(yīng)力云圖圖4-7 工況1位移變化云圖圖4-8 工況2應(yīng)力云圖 圖4-9 工況2位移變化云圖圖4-10 工況3應(yīng)力云圖圖4-11 工況3位移變化云圖液壓油泵的軸的材料為Q345鋼，安全系數(shù)為1.15，所以最大許用應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)為300mPa，軸在使用過程中承受的