[转载]基于ANSYS&WORKBENCH的传动轴的瞬态动力学分析
【问题描述】
一根直径为40mm,长2米的传动轴，一端固定，另外一端面上施加一个集中力偶。
该力偶随时间而变化的载荷如下图，
（1）任一横截面上各点的切应力随时间变化的云图。
（2）任一横截面上各点的切向应变随时间变化的云图。
（3）任一横截面上各点的切向位移随时间变化的云图。
（4）任一横截面上各点的径向位移随时间变化的云图。
（5）任一横截面上各点的总位移随时间变化的云图。
【问题分析】
（1）由于载荷的时间历程已知，这是一个瞬态动力学问题，需要使用瞬态动力学分析。
（2）几何建模。使用DM创建圆柱体。
（3）网格划分。使用扫掠方式划分网格。
（4）分析设置。先设置5个载荷步，然后对每个载荷步设置为3个载荷子步。
（5）固定左端面。
（6）对右端面施加扭矩。该扭矩用表格方式输入。
（7）后处理中需要切片，并用云图的方式查看。
【求解过程】
1.打开ANSYS WORKBENCH14.5
2.创建动力学分析系统。
3.创建几何体。
双击geometry，选择米为长度单位，创建一根圆截面光轴。
其细节视图中设置如下
即长度为2米，而半径为100mm
4.创建坐标系。
由于这是一个圆柱体，而后处理中要查看径向和切向的应力，位移，所以需要预先创建一个圆柱坐标系。
双击model进入到mechanical中。在一个端面中心创建如图所示的圆柱坐标系。
5.划分网格。
使用扫掠方式划分网格，结果如下图。
6.进行分析设置。
首先设置5个载荷步。
然后对每个载荷步进行设置。
第一个载荷步。关闭自动时间步长，定义3个载荷子步。
其它载荷步做同样的设置。
第2个载荷步
第3个载荷步
第4个载荷步
第5个载荷步
7.固定左端面。
8.右端面施加扭矩。
其细节视图设置如下
设置的结果如下图
10.后处理。
对于下面的结果均使用前面创建的圆柱坐标系来查看结果。
（1）任一横截面上各点的切应力随时间变化的云图。
可见，中间的切应力小，而边缘的切应力大，这与材料力学的扭转理论是一致的。
（2）任一横截面上各点的切向应变随时间变化的云图。
可见，中间的切应变小，而边缘的切应变大，这与材料力学的扭转理论是一致的。
（3）任一横截面上各点的切向位移随时间变化的云图。
可见，中间的切向位移小，而边缘的切向位移大，这与材料力学的扭转理论是一致的。
（4）任一横截面上各点的径向位移随时间变化的云图。
可见，横截面上各点的径向位移一样大。但是变形都相当小，只有切向位移的千分之一。
（5）任一横截面上各点的总位移随时间变化的云图。
可见，总位移与切向位移保持相同的趋势。
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基于ANSYS Workbench的直升机尾传动轴模态分析及谐响应分析
2016年1期目录
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　　[摘 要]利用ANSYS Workbench软件对直升机尾传动轴进行模态分析，得到前六阶固有频率及对应振型。在此基础上根据产品不平衡量的要求，对尾传动轴进行谐响应分析，得到尾传动轴幅频，并分析求解结果。 中国论文网 /1/view-7273731.htm　　[关键词]模态分析 谐响应分析 ANSYS Workbench 直升机尾传动轴 　　中图分类号：TK 文献标识码：A 文章编号：X（6-02 　　引言 　　直升机尾传动轴是直升机的重要组成部分。其中，尾传动轴系构成了直升机最长的传动链，负责向尾旋翼传递动力，其工作状态的好坏直接影响直升机性能的优劣。尾传动轴是尾传动轴系的主要部件，其动力学特性对整个尾传动系统的动力学特性影响很大，故对其进行单独的动力学特性研究是重要的且是必要的[1-2]。 　　1 模态分析 　　1.1 计算模型 　　整个尾传动轴由前段组件、膜片联轴节、中段组件以及后段组件四部分组成。实体模型采用UG8.0软件建立，见图1。 　　前段组件包含的零件及对应材料分别为： 　　前花键接头：32Cr3MoVA，前段管子：7475，半联轴器：2618A。 　　中段组件包含的零件及对应的材料分别为： 　　中段前接头：2618A，中段管子：7475，半联轴器：2618A。 　　后段组件包含的零件及对应的材料分别为： 　　圆形联轴节：7075，半联轴器：2618A，后段管子：7475。 　　膜片联轴节包含的零件及对应的材料为： 　　盘状膜片：1Cr17Ni7，衬套：1Cr17Ni3A，垫圈：1Cr17Ni7。 　　1.2 模态求解 　　将直升机尾传动轴的实体模型导入ANSYS Workbench15.0软件中，进行有限元网格的划分以及边界条件的施加，最后求解得到模态及振型。 　　尾传动轴采用五处轴承支撑，分析时将轴承考虑为简支，前后段花键接头考虑为固定。在不考虑阻尼且为自由振动的情况下对尾传动轴进行模态计算。由于低阶固有频率对应的振型具有较大能量，即发生共振时幅值较大，故本文只提取直升机尾传动轴的前六阶固有频率。 　　1.4 模态分析结果 　　模态振型图中的位移值表述的只是位移的相对量值，它反映结构中各位置在同一阶固有频率上的相对位移，并不是实际振动的振幅值[3]。对直升机尾传动轴的模态求解得到前六阶固有频率分别为：99.4Hz、105.5Hz、133.7Hz、151.2Hz、170.5Hz及187.3Hz。其中第一阶模态对应的振型见图2。 　　2 谐响应分析 　　谐响应分析用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应，目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值对频率的曲线，从而预测结构的持续性动力特性，验证设计是否能克服共振、疲劳以及其他受迫振动引起的有害效果。 　　2.1 谐响应分析基本理论 　　根据动力学基本方程[4] 　　2.2 谐响应分析载荷条件 　　系统做匀速转动时，若旋转系统某端面存在不平衡质量，则其会对机械系统产生简谐的激励力，其公式可表示为： 　　式中， F为不平衡引起的离心力；A为幅值； m为不平衡质量；e为不平衡质量到回转中心轴的距离；ω为系统转速；为相位角。 　　直升机尾传动轴每端面的动平衡值不大于50g?mm，这里取最大值。尾传动轴工作转速为4009r/min，即419.8rad/s，代入式（2-3）有： 　　将不平衡力施加于膜片联轴节、圆形联轴节端面，方向相同。 　　2.3 谐响应分析 　　在模态分析的基础上，对直升机尾传动轴采用模态叠加法进行谐响应分析。 　　根据模态分析结果，给定频率范围为0Hz～200Hz，载荷子步数为50。分析得到直升机尾传动轴各节点的位移分布云图。结合模态分析结果，在此只提取尾轴前段轴面的幅频曲线，见图3。 　　从图3可知，对于尾轴前段轴面，第一阶固有频率振型对其影响最大，即当频率为99.4Hz时，最大振幅可达0.65mm。在其余前六阶固有频率内，第四节固有频率对前段轴面影响较大，振幅可达0.1mm。其余固有频率对前段轴面影响较小。 　　3 结语 　　本文利用UG软件建立直升机尾传动轴实体模型，采用ANSYS Workbench15.0软件进行模态，得到模型前六阶固有频率及对应的振型，在尾传动轴设计过程中，应避免激励频率与固有频率接近的情况，以免发生共振。 　　在模态分析基础上进行了谐响应分析，在对前段轴面的分析得到，第一阶固有频率对前段轴面的振动影响最大，其次为第四阶固有频率，其他固有频率影响较小，可以忽略。这一分析结果对于直升机尾传动轴的设计工作具有重要的参考价值，也为进一步的动力学分析工作打下基础。 　　参考文献 　　[1] 倪德，朱如鹏，靳广虎等. 机动飞行时直升机尾传动轴的横向振动建模与特性[J]. 振动与冲击，2014（7）：215～220 　　[2] 倪德，朱如鹏，陆凤霞等. 考虑空间机动飞行的直升机尾传动轴建模与临界转速分析[J]. 航空动力学报，2015（6）： 　　[3] 尚晓江，邱峰，赵海峰.ANSYS结构有限元高级分析方法与应用范例[M].北京：中国水利水电出版社，2008. 　　[4] 买买提明艾尼，陈华磊. ANSYS Workbench 14.0仿真技术与工程实践[M]. 北京：清华大学出版社，2013.
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基于Workbench的推土机终传动轴有限元分析
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&&以​推​土​机​传​动​系​统​中​的​终​传​动​轴​为​研​究​对​象​,​用​P​r​o​／​E​建​市​三​维​模​型​,​然​后​导​入​A​N​S​Y​S​ ​W​o​r​k​b​e​n​c​h​建​立​有​限​元​模​型​;​设​置​终​传​动​轴​在​W​o​r​k​b​e​n​c​h​中​的​材​料​属​性​,​利​用​软​件​的​自​动​网​络​划​分​技​术​划​分​网​格​,​并​施​加​约​束​和​载​荷​。​最​后​得​到​形​变​和​应​力​的​分​布​结​果​,​并​以​此​为​判​断​强​度​和​刚​度​的​条​件​,​提​出​轴​的​改​进​方​案​,​提​高​了​设​计​的​可​靠​性​。
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【摘要】：软管输送机是软管注肩自动化生产线的重要组成部分,其输送速度的快慢和控制精度直接影响后续设备能否正常工作。对软管输送机传动轴模态进行分析,研究其固有频率对步进电机控制的影响。采用Solid Works对软管输送机构的机架和传动轴建立三维模型,将模型导入ANSYS Workbench模块。在Workbench中对传动轴进行网格划分,并对其模态求解,得出其前6阶固有频率和振型。通过分析各阶模态的固有频率和步进电机共振区,确定步进电机的合理转速范围,避开软管输送机传动轴和步进电机的共振区域,有利于延长步进电机的寿命和提高速度控制精度。
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【分类号】：TH22【正文快照】：
0引言软管输送机是软管注肩生产流水线的重要组成部分,而传动轴又是软管输送机关键的动力传递部件,其性能的好坏直接影响软管输送步进电机的控制精度和寿命,因而要求传动轴具有刚度高、精度高、振动小、噪声低,良好的抵抗受迫振动的能力。以往对步进电机传动轴进行设计分析的
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基于ANSYS Workbench传动轴的模态分析
基于有限元法计算传动轴的固有频率和振型,运用试验模态技术对传动轴进行模态分析,试验结果验证了有限元模型的可靠性.在此基础上,对传动轴总成进行约束模态有限元分析,可作为后续研究的基础.
Yin Changcheng
作者单位：
湖北汽车工业学院汽车工程系,湖北十堰,442002
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