1、阶梯轴ANSYS 静态分析与模态分析阶梯轴结构如下：下面来做轴的静态分析：1 定义工作文件名和工作标题（过程略）2 显示工作平面（过程略）3 利用矩形面素生成面1) 生成矩形面：Main MenuPreprocessorCreateRectangleBy Dimensions，在对话框的“X-coordinates”和“Y-coordinates”后面输入栏中分别输入下列数据： X1=0， X2=260， Y1=0， Y2=70，单击“Aplay” X1=260， X2=380， Y1=0， Y2=75，单击“Aplay” ；XI=380， X2=420， Y1=0， Y2=100，单击“Ap
2、lay” ；X1=420， X2=660， Y1=0， Y2=80，单击“Aplay” ；X1=660， X2=800， Y1=0， Y2=75，单击“ok” ；生成的结果如图2) 矩形面相加操作：Main MenuPreprocessorOperateAddAreas，出现一个拾取框，单击“Pick All” ，则完成相加操作，生成的结果如图4 由面绕轴线生成体 1) 面绕轴线操作：Main MenuPreprocessorOperate ExtrudeAbout Axis，出现一个拾取框，单击“Pick All”又出现第二个拾取轴心线两端点的拾取框，用鼠标在图形上分别拾取编号为“1、18”
3、的关键点，然后单击“OK” ，又弹出一个对话框单击“OK”.2)保存到文件中：Main Menu FileSave As, 弹出一个对话框，在“Save Database to”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“shaft.DB”，单击“OK”.5 生成 A-A 键槽 1) 移动工作平面：在“Offset WP by Increments ”中的“X，Y，Z Offset”下面的输入栏中输入“85，0，40” （A-A 键槽左侧圆弧中心） ，并按“Enter”键确认。2) 生成一个圆Main MenuPreprocessorCreate CylinderSolid Cylinder, 弹出
4、一个对话框，在其输入栏中分别输入“Radius=25，Deoth=50” ，单击“OK” 。3) 生成一个块：Main MenuPreprocessorCreate BlockBy Dimensions，弹出一个话框，在其输入栏中输入的数据如图所示，单击 OK。4)移动工作平面：在“Offset WP”中的“X，Y，Z Offset”下面的输入栏中输入“130，0，0” ，并按“Enter”键确认。 5)生成第二个圆柱体： Main MenuPreprocessorCreate CylinderSolid Cylinder，弹出 一个 对话框，在其输入栏中分别输入“Radius=25，Deot
5、h=50” ，单击“OK” 。生成的实体如图所示。6）进行减操作：Main MenuPreprocessorOperateSubstractVolumes ，弹出第一个拾取框，用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“V1 ，V2 ”的体素，单击“OK” ，又弹出第二个拾取框，这时用鼠标在图形分别拾取编号为“V5，V6，V7”的体素，单击“OK”7) 体相加操作： Main MenuPreprocessorOperateAddVolumes，弹出一个拾取框，单击“Pick All”6 生成 B-B 键槽1) 移动工作平面到关键点上：UtilityMenuWorkplaneOffsetWPtoKrypoin
6、ts, 出现一个拾取框，用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“17”的关键点（轴肩根部表面点） ，单击“OK” 。 2) 移动工作平面：在“Offset WP”中的“X，Y， Z Offset”下面的输入栏中输入“65，0，-30” ，并按“Enter”键确认。 3) 生成一个圆柱体：Main MenuPreprocessorCreate CylinderSolid Cylinder, 弹出一个对话框，在其输入栏中分别输入“Radius=25，Deoth=50 ”，单击“OK”。4) 生成一个块：Main MenuPreprocessorCreate BlockBy Dimensions，弹出一个对话
7、框，在其输入栏中输入的数据如图所示。 5) 移动工作平面：在“Offset WP”中的“X，Y， Z Offset”下面的输入栏中输入“130，0，0” 并按“Enter”键确认。 6) 生成二个圆柱体：Main MenuPreprocessorCreate CylinderSolid Cylinder，弹出对话框，在其输入栏中分别输入 “Radius=25，Deoth=50” ，单击“OK” 。生成的实体如图所示。 7)进行减操作：Main MenuPreprocessorOperateSubstractVolumes，弹出第一个拾取框，用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“V1， ”的体素，单击“
8、OK” ，又弹出第二个拾取框，这时用鼠标在图形分别拾取编号为“V2，V3，V4”的体素，单击“OK” 。8)保存数据结果：Main Menu FileSave As, 弹出一个对话框，在“Save Database to”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“Shaft1.DB”，单击“OK” 。 9）闭工作平面显示：Utility MenuWorkplaneDisplay Working Plane。7 生成有限元模型 1) 选择单元类型：Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete,弹出一个如图所示的对话框，单击“Add”又弹出一个对话框
9、，在选择框中分别选择“Structural Solid”和“Tel 10node 92”，单击“OK”又单击图 3-17 上的“Close” 。则完成单元类型的选择.2）设置材料属性：执行 Main MenuPreprocessorMeterial PropsMeterial Models 命令，选择 Structurallinerelasticisotropic,在 EX 和 PRXY 中输入2e11 和 0.3。再选择 Desity，输入 7800.3) 设定单元的尺寸大小： Main MenuPreprocessorSize Cntrls-Global- Size，弹出一个如图所示的对话
10、框，在“Element edge length”后面的输入栏中输入“10” ，单击“OK”。4) 采用自由网格划分方式生成网格：Main MenuPreprocessorMesh-Volumes- Free,出现一个拾取框，单击“Pick All” ，生成的网格如图所示。 5) 保存有限元模型数据到文件：Main Menu FileSave As,弹出一个对话框，在“Save Database to”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“ Shaft1.DB”，单击“OK ”8 施加载荷约束及求解阶梯轴所承受的应力一般由两个部分组成：弯矩和扭矩。通常情况下，我们认为阶梯轴为传动轴，所以我们在实
11、际分析中只考虑阶梯轴承受扭矩的问题。而阶梯轴的扭矩按实际情况一般分布在键槽的一个侧面，而且往往是成对出现的，所以我们五阶阶梯轴进行载荷加载时，主要考虑加载在键槽一侧的均布应力的情况且成对出现。1)选取菜单 Main Menu | Preprocessor | Loads | Define Loads | Apply | Structural | Displacement | On nodes，将会弹出拾取对话框,选择键轴最两边点，单击对话框中的“OK”按钮，选择 ALL DOF。完成施加约束操作。 2)选取 Main Menu | Solution | Define Loads | Apply
12、 | Structural |Pressure |On Areas将会弹出拾取对话框,选择两个键槽相反的侧面，单击“OK”按钮，弹出另一对话框，在 Load PRES value 项输入“50”单击“OK”完成施加载荷操作。3)选取菜单路径 Main Menu | Solution |Solve|Current LS 弹Solve Current Load Step 对话框，单击 “OK”开始求解，求解结束后，关闭相应对话框。4)选取菜单路径 Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu将弹出 Contour
13、Nodal Solution Data 对话框，选择Nodal Solution|DOF Solution|Displacement vector sum 将得到如位移图。可以看出轴在传动过程中由于两个键槽传递相反方向的力矩，键槽凸向了相反方向。5)选取菜单路径 Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu将弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框，选择Nodal Solution|Stress|von Mises Stress 将得到如下应力图从图中可以看出，键槽的底部的应力最大6
14、)选取菜单路径 Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu将弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框，选择 Nodal Solution|Elastic Strain|von Mises Elastic Strain 将得到弹性形变图模态分析调出保存的 Shaft1.BD 文件1 指定分析类型和分析选项1)选择菜单 Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Anlysis，出现对话框.2）选择 Modal 项单击 OK.3)选择菜单 Main MenuSo
15、lutionAnlysis TypeAnlysis Option,设置如下：4）施加约束条件，选择两个圆端面2 将模态扩展并求解1）选择菜单 Main MenuSolutionLoad Step OptsExpansionPassSingle ExpandExpand Modes，弹出对话框2）在 No. of modes to expand 中输入 53）选择菜单 Main MenuSolutionSolveCurrent LS,开始求解4）求解完成，关闭窗口3 进行结果后处理1）选择菜单 Main MenuGeneral PostprocResult Summary,观察弹出的信息然后关闭
16、2)选择菜单 Main MenuGeneral PostprocRead ResultsFirst Set3)执行 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour PlotNodal Solu,在弹出的对话框中，分别选择“DOF Solution”下面的“Displacement vecter sum”,“Stress”下面的“von Mises stress”和“Elastic Strain”下面的“von Mises Elastic Strain”,分别得到在第一阶频率下的相对位移图，相对应力图和相对应变图如下4）依次执行 1）-3）得到各阶的相对位移图，相对应力图和相对应变图二阶三阶四阶五阶
