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关于套筒连接机构的静力数值仿真分析

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-10-11 编辑:人生语录

有限元法(FEM),最初称为矩阵近似法,已应用于飞机的结构强度计算。由于它的方便性,实用性和有效性,它已成为一种广泛使用的实用而有效的数值分析方法。 ANSYS软件是有限元分析中最常用的软件之一。它强大的分析功能涵盖了几乎所有工程问题,并且也得到了中国广大用户的认可和尊重。本文利用ANSYS软件研究了套筒连接机构在载荷作用下的变形和应力,并通过一种新的方法获得了不能直接从云图获得的套筒本身的最大相对弯曲变形。经过一些处理,新方法将经过ANSYS分析后的变形云图导入到AutoCAD软件中。通过测量关键尺寸,可以获得套筒变形对套筒内部动力传输设备的影响。

1.建立分析模型和工作负荷条件

1.1套筒连接机理分析模型的建立

套筒连接机构的详细结构建模已通过UG建模软件进行。在ANSYS有限元数值模拟分析中,需要适当简化模型,并保留主轴承机构与模型各组件之间的连接。特征,删除较小的无关紧要的零件和特征,例如小孔特征和螺纹零件,这有利于有限元网格的划分和计算机资源的合理利用,并且不影响主要承重构件的分析精度。适当简化后,所得的套筒连接机构将简化模型。套筒的中部为通孔结构,动力传递装置穿过套筒中的通孔,套筒保护动力传递装置。套筒端面2被连接并固定到在操作期间具有平移位移载荷的部件上,并且套筒端面1被连接。固定到支撑架上,支撑架通过底部固定位置牢固地固定。套筒由五个部分组成,这些部分通过螺栓和螺母相互连接以形成一个整体的套筒。套筒连接机构主要由套筒和支撑架组成。可以通过接口通过接口将简化的模型导入到ANSYS中,并可以进行数值仿真分析。

1.2套筒连接机构的工作关系

在操作期间,套筒连接机构的端面2可能由于外部载荷而发生一定程度的变形。当套筒连接机构的变形导致套筒的相对弯曲变形过大时,动力传递装置会弯曲和变形。从而影响动力传输装置的正常运行。应当注意的是,当套筒的根部与支撑架之间的角度在载荷作用下发生一定角度的偏转时,套筒内部的动力传递装置将相应地旋转,即,动力传递装置具有套筒的相对两端。自定心功能意味着动力传递装置所在的直线始终穿过套筒两端的中心。动力传递装置与套筒的通孔之间的最小直径差为0.52mm,因此对动力传递装置的最大影响是套筒自身在载荷作用下的弯曲变形程度,以及是否弯曲。套筒会引起动力传动装置弯曲变形,这也是分析和检查的主要目的。

套筒连接机构的设计轴承要求是,套筒端面2能够确保动力传递装置在承受最大横向位移载荷(1mm)的条件下不发生弯曲变形,并且位移载荷形式为套筒的连接机构可视为套筒。枪管端面的横向平移受到限制。

2套筒连接机构的数值模拟分析

在ANSYSWorkbench中引入模型,通过材料定义,接触定义,网格划分,边界条件和载荷应用,有限元求解等方法,可以完成套管连接机构的静态数值模拟分析,并通过分析结果。讨论和研究得出了相关结论。

2.1材料和触点定义

由于套筒和动力传递装置之间的间隙很小,因此套筒和框架材料的选择更加苛刻。应选择具有良好刚性和硬度的材料,其中套筒材料为不锈钢2Cr13,其余的负载框架使用的材料为钛合金TA2,并在ANSYSWorkbench分析中为每个组件提供正确的材料。

由于分析模型是装配体,因此定义各个组件之间的接触关系很重要。套筒连接机构的简化部件之间的接触基本上是固定接触模式。 ANSYSWorkbench软件中的所有联系人均已自动设置。当然,绑定联系方式也可以根据实际联系情况进行修改和删除。此处,将套筒连接机构模型中的所有触点设置为绑定触点方式,可以有效地等效于产品的实际组装。采用螺栓螺母的连接形式。

2.2网格划分

统一考虑计算机资源和分析精度要求,最后将模型统一划分为六面体网格,以支持框架和套筒的啮合。支撑框架和套筒的栅格单元的尺寸为20mm,部件接触时的单元尺寸为10mm。此尺寸的网格足以满足模型的尺寸和分析精度要求。

2.3边界条件和载荷施加

边界条件是在支撑框架底面的四个圆形表面上施加牢固的支撑约束。

位移载荷被施加到套筒的端面和天线本体的端部。加载方向垂直于套筒的端面,尺寸为1 mm,平行于水平方向。

2.4解决分析结果

在套筒的端面上施加1mm的横向位移载荷的条件下获得的整个机构和套筒的变形表明,最大变形为1mm,最大变形位置在轴承的端面。套筒和紧靠套筒端面的位置。

在连接支撑套筒的末端施加1mm的距离

在横向位移载荷条件下获得的整个主体和套筒的等效应力表明,最大等效应力为14.575 MPa,远小于材料的屈服极限。可以看出,整体结构和套筒处于弹性变形阶段。

3套筒弯曲变形程度的测量

由于套筒不是均匀的形状,分别获得了套筒连接机构在侧向载荷作用下的变形和应力云,并且套筒本身的相对弯曲变形的最大值不能直接从云图像中获得。套筒的长度不同,因此套筒的刚度不均匀,套筒的变形更加复杂,不可能使用简单均匀的悬臂梁进行等效,并且不能直接使用相关的悬臂来计算材料力学中梁变形计算公式。因此,本文采用一种新方法,将套筒连接机构的后处理分析中的变形云图像转换为AutoCAD软件进行关键尺寸测量。

由于套筒本身的弯曲变形程度小,在ANSYS后处理中套筒的弯曲变形程度扩大了1100倍,并且在变形之前套筒的位置不被承载,然后变形云图被引入AutoCAD。在AutoCAD中,分别绘制套管变形前后的中心线。已知套筒端面的中心变形为1mm的横向位移。套筒的最大弯曲变形与端面的横向平移之比可以通过CAD中的尺寸测量获得。这种关系,使得可以通过计算获得在弯曲变形后的套筒的相对弯曲变形的最大值为0.148mm。由于套筒的弯曲度增加了1100倍,因此使用该测量方法的测量误差很小,采用字母。

通过计算部件的尺寸公差,套筒的内径的内径和动力传递装置在直径方向上的最小间隙为0.52mm。由于动力传递装置和套筒的端面之间的自定心作用,获得了径向上的最小值。间隙为0.26mm。由上可知,套筒本身的相对弯曲变形的最大值为0.148mm。可以看出,套筒的弯曲变形不会引起动力传递装置的弯曲变形,也不影响动力传递装置的正常运行,因此可以满足预先设定的套筒连接机构的设计承载要求。

4个结论

本文以套筒连接机构为研究对象,将3D建模软件UG,有限元分析软件ANSYS和制图软件AutoCAD有机地结合在一起。对套筒连接机构进行了静态有限元数值模拟分析,并进行了UG 3D建模。 ANSYS有限元数值模拟分析和AutoCAD测量关键结果,完成了位移载荷作用下套筒连接机构相对弯曲变形对动力传动设备影响的评估,验证了套筒连接机构的轴承可靠性。

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