机械设计图形处理和性能分析实验有限元虚拟实验.pdf
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1、机械设计图形处理和性能分析实验有限元虚拟实验主要内容1A,使用IDEAS(ProE)和ANSYS进行直齿圆柱齿轮建模和弯曲应力分析1B.使用NASTRAN进行直齿圆柱齿轮建模和弯曲 应力分析2.使用NASTRAN进行一个悬臂梁的静力分析和 计算模态分析3.螺栓联接结构模态分析及(MAC计算加修正,选作)4.一对齿轮啮合接触分析(选作,设计专业必做)5.电子结构随机振动分析(选作)直齿圆柱齿轮建模和齿根弯曲应力分析实验模数m=4mm,齿数z=25,齿宽b=30mm传递扭矩=500 Nm、1000 Nm 1500Nm、2000 Nm(齿顶圆上的集中力按此扭矩计算),按照材料45号钢许用弯 曲疲劳强
2、度(190Mpa),安全系数1.5,判断是否满足强度要求。要求使用2种以上的网格精度(单元数量,单元类型不同)1.使用 IDEAS(ProE)和ANS YS进行直齿圆柱齿轮建模和弯曲应力分析本部分将利用LDEAS绘制渐开线圆柱齿轮,阐述如何通过函数曲线来建立渐开线圆柱齿轮的端面,然后挤塑成单个的齿体,通过阵列以及布尔运算产生圆柱齿轮,然后转入ANSYS中,求解齿轮的弯曲应力。I-DEAS 10 NX Series:ly Team:Administrator:D:EDSchilun4.mfl-I-DEAS GraphicsI Fil e Edit View Options Tool s Wind
3、ow Hel p1回区 l t5l XDesign Master Modeh 二 U 8田也 口工r身的/B盍 中二n ST国 Qt。W s-ahE)步匚中Q Q 口三|0 j 目:开始 UW 与.fir if.雪机.雪机,-控.0EDS,未.遥L.霰I ch前日e国蠢之1.1齿轮几何建模上图是用范成法加工出来的渐开线齿轮的一个齿槽的端 面图形,它由五段曲线组成。其主要参数为:刀具齿数 27,圆柱齿轮齿数25,模数4mm,压力角20,其它为 标准参数。选择Task Icons中的(曲线函数)I如下图所示。在打开的对话框中选择Algebraic Equation选项,分别输入五 段曲线的函数,并
4、且输入齿轮的齿顶圆,点击Ok返回上一个界 面,然后选中要操作的函数名,点击OK,则在图形窗口中即可画出函数的图形。各曲线段的方程为:CC Section(参数u范围为1.428154.33991)ns=27n2=ns-2m=4k=180/piapf=20/kapfl=pi/2-apfr2=m*n2/2.0cc=0.25rr=ccm/(l-sin(apf)cck=tan(apfl)h=mb=-h-rr*tan(apfl)*siii(apfl)xl=uyl=cckxl+bphai2=(xl+yl*cck)/r2X=xl*cos(phai2)+yl*sin(phai2)+r2*(sin(phai2)
5、-phai2*cos(phai2)y=-xlsin(phai2)+ylcos(phai2)+r2(cos(phai2)+phai2*sin(phai2)A1A2 Section(参数u范围为0.3490661.5708)ns=27n2=ns-2m=4k=180/piapf=20/ksapf=sin(apf)apfl=pi/2-apfr2=m*n2/2.0cc=0.25rr=ccm/(l-sin(apf)cck=tan(apfl)h=mb=-h-rr*tan(apfl)*sin(apfl)xl=rrcos(u)yl=h+rr(sapf-sin(u)phai2=(x 1+y l/tan(u)/r2
6、X=xlcos(phai2)+ylsin(phai2)+r2(siii(phai2)-phai2cos(phai2)y=-xlsiii(phai2)+ylcos(phai2)+r2(cos(phai2)+phai2siii(phai2)Xz1.2在ANSYS中对齿轮进行有限元分析划分网格定义边界条件Sele All Invert定义载荷有限元分析结果IB.使用NASTRAN进行直齿圆柱齿轮有限元分析1.1用proe建立直齿圆柱齿轮几何模型:模数m=4mm,齿数z=25,齿宽b=30mm截出其中三个齿作为模型以供分析,效果图如下:1.2在NASTRAN中建立齿轮的有限元模型L3结果分析Mnx R
7、lndpaL(MO*LAYERED)五Tmrhen 力.22 皿2,S7*00d 2350061 2.13*00G 1.91400:1 89KXi 1 惦1.24:OOE I 02908 79/iOO/l 675:001l 353+001I 31*00J-9MHXM3-3.1400 7 士 38:00,-788 g最大主应力云图要求与机械设计经验公式的求解结果比较1.4思考使用6面体实体单元的模型2.使用NASTRAN进行一个悬臂梁的静力 分析如图所示,求解在力P作用下的 最大应力,已知条件如下:作用力p=1000 N泊松比=0.3 梁的长度L=2000 mm 弹性模量E=2.068 Ell横
8、截面积人=30X50(mm)在练习之后,数值解将与用弹性梁理论计算的解析解进行对比.模态分析结果Defaul t,A1:Mode 1:Freq.=6.159Defaul t,A1:Mode 2:Freq.=10.263Defaul t,A1:Mode 3:Freq.=37.419Defaul t,A1:Mode 4:Freq.=62.264Defaul t,A1:Mode 5:Freq.=101.89Defaul t,A1:Mode 6:Freq.=169.13Defaul t,A1:Mode 7:Freq.=193.39Defaul t,A1:Mode 8:Freq.=302.82Defau
9、l t,A1:Mode 9:Freq.=319.7zuoyelliang dynaics.db-default_viewport 一 default_group-EntityMSC.Patran 2005 r2 22-7Apr-07 19:24:47Deform:Defaul t,A1:Mode 1:Freq.=6.159,Eigerwec tors,Transl ational,4.09-001detaul LDermation:Max 4.09-001 Nd 7zuoyelXiang dynaics.db-default_vieport-default_group-EntityMSC.Pa
10、tran 2005 r2 227p-07 19:25:64Fringe:Defaul t,A1:Mode 6:Freq.=169.13,Eigenvec tors.Transl ational Magnitude,(NON-LAYERED)De-form:Def au 忙 ALM ode 6:Freq.=169.13,Eigenvec tors,Transl ational,Ho3.300013.08-0012.86-0012.64-0012.42-0012.20-001 1.98-001 1.76-001 1.54-001 1.32-001 1.100018.79-006.59-004.39
11、-002.2000Jdel aufLFringe:Max3,3CH001 Nd7 Min O.Nd 1defaufLDetormation:Max 3.3(001 Nd73.螺栓联接结构模态分析和MAC计算螺栓联接框架模型由两块1600X70义3.5mm长钢板,两块600X70X3.5mm短钢板,四块120X120X6mm的角钢以及16个标准M10螺栓组合而成,重量为lL13Kg。在长钢板、短钢板以及角 钢上相应的位置加工螺栓孔,并通过螺栓联接成一个矩形框架。M10螺栓联接框架有限元 模型矩形框架也可以 I使用梁单元,或其它单元整体螺栓联接框架前7阶模态频率及误差模态 阶次有限 元(Hz)实验
12、值(Hz)模态置 信度 MAC(%)误差(%)15.585.563.59210.129.1710.35315.3114.972.27424.6521.8712.71526.8726.621.356444Q 1 R工6445N QQ平均误差6.03Undeformed Struc ture Geometry显示选项“原形 F节点“坐标系 厂节点号1”标题 F节点索引*V。标适EMA Sel Band MIMO 2:Mode 1-Freq.5.56Hz,Damp.6.47%EMA Sel Band MIMO 1:Mode 2-Freq.21.87Hz,Damp.3.58%EMA Sel Band
13、MIMO 1:Mode 1-Freq.14.97Hz,Damp.5.02%EMA Sel Band MIMO 1:Mode 3-Freq.26.62Hz,Damp.1.39%1.0整体螺栓联接框架模态置信度(MAC)比较Fringe:1,A1:Dyn,Mode=5,Freq=5.58077,Displ ac ement,Transl ation,Fringe:1,A1:Dyn,Mode=8,Freq=15.3148,Displ ac ement,Transl ation,Fringe:1,A1:Dyn,Mode=7,Freq=10.1214,Displ ac ement,Transl atio
14、n,整体螺栓联接框架频响函数误差比较Frequency Response Funct iono50整体螺栓联接框架频响函数误差比较Frequency Response Funct ion4选作内容一对齿轮啮合接触和齿根弯曲应力分析大齿轮Z=50 m=4mm b=30 小齿轮 Z=25 m=4mm b=304选作内容一对齿轮啮合接触和齿根弯曲应力分析传递扭矩=500 Nm、1000 Nm、1500 Nm、2000 Nm(齿顶圆上的集中力按此扭矩计算),按照材料45号钢许用弯曲疲劳强度(190Mpa)许用接触疲劳强度(550Mpa),安全系数L5,判断是否满足强度要求。要求研究局部网格加细变化对接
15、触应力和弯曲 应力分析精度的影响。齿轮啮合应力图3.89+0053.63+0053.37+0053.11+0052.85+0052.59+0052.34+0052.08+00582+00556+00530+00504+0057.78+0045.19+0042.59+004defaul t_Fringe:Max 3,89+005 Nd 953Min 0,Nd 9757 defaul t Deformation:齿轮啮合应力局部放大图3.63+03.37+03.11+0(2.85+002.59+2.34+00508+03.89+00Min(defaul tMax 3,89+1J齿轮啮合位移图2.3
16、3-0012.17-0012.02-0011.86-00171-00155-00140-00124-0011.09-0016.21-0024.66-0023.11-0021.55-0025.80-017defaul t_Fringe:Max 2.33-001 Nd211!Min 5.80-017 Nd 9761 defaul t Deformation:2.33-001 9-32-002|7.77-002-电子结构随机振动分析有限元模型:zhengti-motai.db用于校准确认;zhengti-suiji.db 用于随机响应计算zhengti-suiji.db比三维模型两端多了L型角钢,使
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