Горелов В.Н., Лукьянова А.Н. Проектирование деталей машин с использованием программного комплекса ANSYS

Подождите немного. Документ загружается.

4.3. Основные этапы моделирования выходного вала

Моделирование выходного вала проводится аналогично входно-

му по п.4.1, поэтому маршрут выполнения каждой команды не повто-

ряется. Рассмотрим последовательность операций.

1. Присвоение имени задачи: VAL3

2. Выбор типа анализа: Structural

3. Задание параметров для выходного вала в соответствии с табл.

3.3.1, 2.1, 1.1 и 1.2. В результате ввода появляются следующие пара-

метры, необходимые для расчета выходного вала: DB3=42,

T3=357500, FТ4=3024, FR4=1121, FA4=587, MZ13=69395, FM3=2364,

L1=80, L2=194, L3=256.

4. Выбор типа элемента Beam 2 node 188.

5. Задание сечения вала d

в2

с радиусом R=DB3/2.

6. Задание свойств материала вала EX = 2е5, PRXY = 0.3.

7. Построение ключевых точек геометрической модели вала

NPT = 11, X = 0, Y = 0, Z = 0

NPT = 12, X = L1, Y = 0, Z = 0

NPT = 13, X = L2, Y = 0, Z = 0

NPT = 14, X = L3, Y = 0, Z = 0

NPT = 15, X = 0, Y = 0, Z = L3

8. Построение линий геометрической модели вала: последователь-

но соединяются точки 11 и 12, 12 и 13, 13 и 14. Последняя точка 15 –

точка ориентации элемента в пространстве не соединяется ни с чем!

9. Присвоение атрибутов (вида сечения) линиям (ступеням вала):

задаются следующие свойства

MAT 1

TYPE 1 BEAM188

SECT 1 DВ3

Pick Orientation Keypoint(s) Yes

Курсором «мыши» указываем точку ориентации 15.

10. Задание размера элемента - 1 мм.

11. Разбиение линий на элементы.

12. Изображение точек и линий с предварительной нумерацией объ-

ектов.

13. Создание опор: точка 12 - левая опора Lab2 UX, UY, UZ, ROTX

точка 14 - правая опора Lab2 UY, UZ.

14. Моделирование сосредоточенных сил и моментов:

точка 13 - силы в зацеплении тихоходной ступени

Lab FY, VALUE -FR4,

Lab FX, VALUE -FA4,

Lab FZ, VALUE FT4,

точка 13 - приложение крутящего момента

Lab MX, VALUE Т3,

точка 11 - снятие крутящего момента

Lab MX, VALUE -Т3,

точка 11 – приложение консольной силы от муфты

Lab FZ, VALUE -FM3,

точка 13 - приложение изгибающего момента М

z13

от осевой силы F

Lab MZ, VALUE МZ13.

15. Просмотр заданных условий закрепления и нагружения.

16. Решение задачи.

Просмотр результатов

17. Реакции в опорах выходного вала.

Рис. 4.3.1. Значения реакций в опорах.

18. Формирование данных для просмотра поперечных сил, крутя-

щих и изгибающих.

Рис. 4.3.2. Эпюры изгибающих моментов для выходного вала: а) М

; б) М

Рис. 4.3.3. Эпюра крутящего момента М

для выходного вала.

19. Представление результатов в виде эпюр силовых факторов (рис.

4.3.2 и 4.3.3).

20. Завершение работы в программе ANSYS с сохранением базы

данных.

4.4. Подробное моделирование выходного вала

Проведѐнные расчеты показывают, что наиболее нагруженным

валом является выходной вал. Поэтому рассмотрим более точное мо-

делирование всех ступеней выходного вала (рис. 3.3.4). Расчет прово-

дится аналогично п. 4.3 с подробной детальной разбивкой на конеч-

ные элементы различного сечения по всей длине вала.

Рис. 4.4.1. Геометрическая модель выходного вала.

Подробная геометрическая модель выходного вала, представлен-

ная на рис. 4.4.1, состоит из десяти точек и девяти линий. Перечислим

основные точки:

1 – левый выходной торец вала,

2 – точка приложения консольной силы от муфты,

3 – точка изменения диаметров от d

=42 мм до d

=50 мм,

4 – точка жесткой опоры (середина подшипника),

5 - точка изменения диаметров от d

=50 мм до d

=60 мм,

6 – точка приложения сил в зацеплении тихоходной передачи

(середина венца колеса),

7 - точка изменения диаметров от d

=60 мм до d

=70 мм,

8 - точка изменения диаметров от d

=70 мм до d

=50 мм,

9 - точка плавающей опоры (середина подшипника),

10 – правый торец вала.

Рассмотрим последовательность операций конечно-элементного

моделирования:

1. Присвоение имени задачи: VAL3_T

2. Выбор типа анализа: Structural

3. Задание параметров для выходного вала в соответствии с

рис. 3.3.4, табл. 3.3.1, 2.1, 1.1 и 1.2. В результате ввода появляются

следующие параметры, необходимые для расчета выходного вала:

D1=42, D2=50, D3=60, D4=70, T3=357500, FТ4=3024, FR4=1121,

FA4=587, MZ6=69395, FM3=2364, L1=55, L2=25, L3=82, L4=32, L5=8,

L6=22, L7=14.

4. Выбор типа элемента Beam 2 node 188.

5. Задание сечений вала: d

с радиусом R=D1/2, d

с радиусом

R=D2/2, d

с радиусом R=D3/2, d

с радиусом R=D4/2.

6. Задание свойств материала вала EX = 2е5, PRXY = 0.3.

7. Построение ключевых точек геометрической модели вала

NPT = 1, X =0, Y = 0, Z = 0

NPT = 2, X =L1, Y = 0, Z = 0

NPT = 3, X =L1+L1, Y = 0, Z = 0

NPT = 4, X = L1+L1+L2, Y = 0, Z = 0

NPT = 5, X = L1+L1+L2+L3, Y = 0, Z = 0

NPT = 6, X = L1+L1+L2+L3+L4, Y = 0, Z = 0

NPT = 7, X = L1+L1+L2+L3+L4+L4, Y = 0, Z = 0

NPT = 8, X = L1+L1+L2+L3+L4+L4+L5, Y = 0, Z = 0

NPT = 9, X = L1+L1+L2+L3+L4+L4+L5+L6, Y = 0, Z = 0

NPT = 10, X = L1+L1+L2+L3+L4+L4+L5+L6+L7, Y = 0, Z = 0

NPT = 11, X = 0, Y = 0, Z = L1

8. Построение линий геометрической модели вала: последова-

тельно соединяются точки 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4, 4 и 5, 5 и 6, 6 и 7, 7 и 8, 8

и 9, 9 и 10. Последняя точка 11 – точка ориентации элемента в про-

странстве не соединяется ни с чем!

9. Присвоение атрибутов (вида сечения) каждой линии (сту-

пени вала):

Main Menu / Preprocessor / Meshing / Mesh Attributes / Picked

Lines

«мышкой» указываем линии 1 и 2, для которых выбираем

MAT 1

TYPE 1 BEAM188

SECT 1 D1

Pick Orientation Keypoint(s) Yes *Apply,

курсором «мыши» указываем точку ориентации 11 *Apply,

«мышкой» указываем линии 3, 4, 8 и 9, для которых выбираем

MAT 1

TYPE 1 BEAM188

SECT 2 D2

Pick Orientation Keypoint(s) Yes *Apply,

курсором «мыши» указываем точку ориентации 11 *Apply,

«мышкой» указываем линии 5 и 6, для которых выбираем

MAT 1

TYPE 1 BEAM188

SECT 3 D3

Pick Orientation Keypoint(s) Yes *Apply,

курсором «мыши» указываем точку ориентации 11 *Apply,

«мышкой» указываем линию 7, для которой выбираем

MAT 1

TYPE 1 BEAM188

SECT 4 D4

Pick Orientation Keypoint(s) Yes *Apply,

курсором «мыши» указываем точку ориентации 11 *Ok.

10. Задание размера элемента - 2 мм.

11. Разбиение линий на элементы.

12. Изображение точек и линий с предварительной нумерацией

объектов.

13. Создание опор:

точка 4 - левая опора Lab2 UX, UY, UZ, ROTX

точка 9 - правая опора Lab2 UY, UZ.

14. Моделирование сосредоточенных сил и моментов:

точка 6 - силы в зацеплении тихоходной ступени

Lab FY, VALUE -FR4,

Lab FX, VALUE -FA4,

Lab FZ, VALUE FT4,

точка 6 - приложение крутящего момента

Lab MX, VALUE Т3,

точка 2 - снятие крутящего момента

Lab MX, VALUE -Т3,

точка 2 – приложение консольной силы от муфты

Lab FZ, VALUE -FM3,

точка 6 - приложение изгибающего момента М

z13

от осевой силы F

Lab MZ, VALUE МZ6.

15. Просмотр заданных условий закрепления и нагружения.

16. Решение задачи.

Просмотр результатов

17. Реакции в опорах выходного вала (из текстового файла):

NODE FX FY FZ

114 587.00 789.19 2373.3

294 331.81 -3033.3

TOTAL VALUES

VALUE 587.00 1121.0 -660.00

18. Просмотр деформированного состояния объемной конструкции,

определение максимальных перемещений и поворотов:

а б

Рис. 4.4.2. Деформированная форма вала: а) вид спереди; б) справа;

в) сверху.

19. Просмотр перемещений вала:

Main Menu / General Postproc / Plot Results / Contour Plot /

Nodal Solu / DOF Solution /Displacement vector sum *OK

Рис. 4.4.3 и 4.4.5.

20. Просмотр поворотов сечений вала:

Main Menu / General Postproc / Plot Results / Contour Plot /

Nodal Solu / DOF Solution / Rotation vector sum *OK

Рис. 4.4.4 и 4.4.6.

Рис. 4.4.3. Перемещения вала (суммарные): а) вид спереди; б) сверху.

Рис. 4.4.4. Повороты сечений вала (суммарные) (вид сверху).

Рис. 4.4.5. Перемещения вала: а) по оси X (вид сверху); б) по оси Y (вид

фронтальный) в) по оси Z (вид сверху).