基于ADAMS与ANSYSWorkbench的递纸机构应力分析

重庆三峡学院毕业设计（论文）题目基于LS-DYNA的平行分度凸轮机构的应力分析专业机械设计制造及其自动化年级 2005 级学生姓名贺国军学生学号 200515140126指导教师何晶昌职称讲师完成毕业设计（论文）时间 2008 年 12 月目录第一章绪论 (1)1.1平行分度凸轮机构的来源及其优缺点 (1)1.2 本论文的设计思路 (2)1.3 平行分度凸轮机构的应用及发展趋势 (2)1.4 本论文研究的内容 (2)第二章平行分度凸轮机构的载荷计算 (3)2.1 转盘的运动规律计算 (3)2.2 主、从动件的负载转矩计算 (5)第三章凸轮材料属性及各参数 (8)3.1 凸轮参数设置 (8)3.2 *vread命令读取数据 (8)第四章建模及划分有限元网格 (11)4.1 建立工作轮廓曲线 (11)4.2 凸轮安装及整个模型的建立 (12)4.3 定义材料属性 (12)4.4 划分有限元网格 (13)第五章施加载荷 (15)5.1创建PART (15)5.2 定义接触 (15)5.3施加载荷 (17)5.4设置求解选项 (18)第六章结果分析 (19)6.1 通用后处理器/POST1中滚子的受力分析 (19)6.2 通用后处理器/POST1中凸轮的受力分析 (21)6.3 时间历程处理器/POST26中节点的受力分析 (23)第七章结论 (25)7.1 小结 (25)第八章APDL方式建模及处理 (26)8.1 宏程序shuju1.mac (26)8.2 宏程序yundong.mac (26)8.3 命令流文件 (26)致谢 (34)参考文献 (35)英文摘要 (36)基于LS-DYNA的平行分度凸轮机构的应力分析贺国军重庆三峡学院应用技术学院系机械设计制造及其自动化专业2005级重庆万州 404000摘要本文主要论述了平行分度凸轮机构的设计过程，并根据所选择的改进正弦加速度运动规律计算了凸轮机构的载荷。

ANSYS机械臂刚度和应力分析简介在机械工程中，机械臂是一种重要的工具。

它通常由多个关节和链式连接组成，用于执行各种任务。

在设计机械臂时，刚度和应力分析是至关重要的步骤。

本文将介绍如何使用ANSYS软件进行机械臂的刚度和应力分析。

刚度分析刚度是指物体抵抗形变的能力。

在机械臂中，刚度是一个重要的设计参数，它决定了机械臂的稳定性和精度。

ANSYS 软件提供了多种分析方法来评估机械臂的刚度。

结构刚度分析结构刚度分析是通过施加外部载荷并测量变形来评估机械臂的刚度。

首先，需要建立机械臂的三维模型，并定义材料属性和约束条件。

然后，在ANSYS中选择适当的分析方法，如有限元分析（FEA），进行结构刚度分析。

FEA是一种数值模拟方法，通过将结构离散化为有限数量的单元，计算每个单元的应力和变形，从而确定整个结构的刚度。

模态分析模态分析用于确定机械臂的固有频率和振型。

固有频率是机械臂自由振动的频率，它与机械臂的刚度和质量有关。

振型描述了机械臂振动时各个部分的运动形式。

通过模态分析，可以确定机械臂的关键振动模式，从而避免共振和不稳定性问题。

优化设计刚度分析的结果可以用于指导机械臂的优化设计。

通过调整关节的材料和几何参数，可以改变机械臂的刚度特性。

例如，增加关节的直径或壁厚可以增加关节的刚度。

通过使用ANSYS的优化功能，可以自动搜索最佳设计参数，以满足特定的刚度要求。

应力分析应力分析用于评估机械臂在工作载荷下的强度和稳定性。

机械臂在操作中承受着不断变化的载荷，如重量、惯性力和外部负载。

合理评估应力情况可以避免机械臂发生破坏或失效。

静态应力分析静态应力分析是一种常用的方法，用来评估机械臂在静止状态下承受的载荷。

在ANSYS中，可以通过施加不同的载荷和约束条件来模拟不同工况下的应力分布。

静态应力分析可以确定机械臂各个部分的应力大小和分布情况，并判断是否存在应力集中和弱点。

动态应力分析动态应力分析用于评估机械臂在动态载荷下的应力响应。

1概述半轴是介于差速器和驱动轮之间传递动力的实心轴，是传动系统的重要零部件之一。

半轴内端设置花键与差速器的半轴齿轮连接，外端通过凸缘与驱动轮的轮毂相连。

现在汽车半轴分为全浮式半轴支承和半浮式半轴支承，典型的半浮式半轴结构如图1所示。

图1半浮式半轴结构半浮式半轴广泛应用在承受反力和弯矩较小的汽车上，半浮式半轴只能使半轴内端免受弯矩，而外端则承受全部弯矩[1]。

半浮式半轴同时承受扭矩和弯矩，工作环境比较恶劣，确定其应力分布是非常重要的，因此对半浮式半轴进行静力分析。

应用最广泛的分析类型是线性静力分析，常用于线弹性材料，静态加载等情况。

在静态载荷作用下应充分考虑结构的约束，忽略对计算结果无影响的惯性，阻尼以及质量。

由经典力学理论可知，物体的动力学通用方程为：(1)其中，是质量矩阵；是阻尼矩阵；是刚度矩阵；是位移矢量；是力矢量；是速度矢量；是加速度矢量。

在现行结构中，与时间t 相关的量都被忽略[2]，上式简化为：（2）2半轴三维模型的建立CATIA V5是IBM 和法国达索公司共同研发的三维设计软件，大量应用在零部件建模、车身外型设计、机械加工及分析以及模拟等方面[3]。

应遵循适当的原则和方法来建立三维实体模型：①保证满足模型质量基本要求。

要保证模型与实体高度吻合以及可靠性等方面。

②建模之前应确定正确的建模顺序和方法。

③建模过程中可应用基准平面等辅助建模。

利用“分析”和“工具”中的有关功能及时检查参数，避免出错[4]。

基于几何模型的特点进行简化处理。

主要简化方法有：非必要的圆角可以省略；工艺结构省略掉；非重要区域的小尺寸细节可删除；对非危险区的小尺寸细节结构进行简化。

根据假设及特征简化，应用CATIA V5软件绘出的半轴实体模型如图2所示。

图2半浮式半轴三维实体模型3半轴有限元分析ANSYS Workbench 是新一代有限元分析环境和应用平台，有限元分析流程分为：建立三维模型，简化建立有限元分析模型，网格划分，施加边界条件及载荷条件，进行有限元分析，验证有限元分析结果[5]。

第一章简介1.1 疲劳概述结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。

疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。

因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。

塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。

一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。

在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。

接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。

1.2 恒定振幅载荷在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起：当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。

否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。

1.3 成比例载荷载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷：比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。

相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括：σ1/σ2=constant在两个不同载荷工况间的交替变化；交变载荷叠加在静载荷上；非线性边界条件。

1.4 应力定义考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况：应力范围Δσ定义为(σmax-σmin)平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2应力幅或交变应力σa是Δσ/2应力比R是σmin/σmax当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。

这就是σm=0，R=-1的情况。

当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。

这就是σm=σmax/2，R=0的情况。

1.5 应力-寿命曲线载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示：（1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效；（2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少；（3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。