基于Simulation传动轴的分析与研究

基于Simulation传动轴的分析与研究

摘要：轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转动运的传动零件都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递，传动轴在初步设计后，必须要经过复杂的的数学验证，这样的计算在对于轴的材料选择有好几种时显得更是繁琐。如今利用Solidworks中的Simulation 有限元分析软件对其首先进行静力学分析，在传动轴满足应力分析后再对其进行疲劳寿命分析。经过分析，在实际应力加载下，传动轴完全满足应力强度，其寿命也是完全满足设计要求。

关键词：传动轴；Simulation；疲劳分析

1.传动轴的静力学分析

1.1 传动轴有限元模型的建立

传动轴材料选取合金钢，其弹性模量210GPa，泊松比0.28，屈服强度620MPa。

在Solidworks软件中建立传动轴三维模型，并利用solidworks中simulation模块分析，进行网格划分，得到有限元模型图，单元格尺寸为25.4941mm，划分得到网格单元数为20625个，自由节点数为31008个。图1为传动轴的有限元模型。

图1 传动轴的有限元模型

1.2载荷及约束的加载

此副轴在正常工作是由键传动驱动力，故在轴的左端键槽两侧施加固定几何体约束，在轴承安装位置施加轴承支撑，并在键槽位置施加向下的压力F=67.56KN用以产生竖直方向上的弯矩；在键槽侧面施加F=185.62KN的力用以产生扭矩和水平方向的弯矩。图2 为载荷及约束的加载情况。

图2 载荷及约束的加载

1.3分析结果

上述操作完成后，对该传动轴分析计算得到如图3所示的结果。

应力结果总位移结果

图3 传动轴的静态分析结果

由图3可知，除了键槽部分产生应力集中以外，其值为249MPa，其余地方的应力均较小。传动轴最大变形为0.3mm，完全满足传动要求。

2.传动轴的疲劳分析

选择随机交互应力，采用对等应力计算交替应力，设置疲劳强度缩减因子为0.9，S-N曲线采用基于ASME奥氏体钢曲线。载荷周期设置为106，载荷类型选择LR=0，运行计算结果如图4所示。

损坏疲劳图解生命疲劳图解

图4 传动轴疲劳分析结构图

有图5可以看出，理论上合金钢钢材质的传动轴的寿命是无限的。

3.总结

本文针对某一个传动装置中的传动副轴，利用了solidworks中simulation模块对其进行了静态分析和疲劳分析，得到应力和位移结果以及损坏和生命疲劳图解，由结果可知传动轴完全满足使用要求。