基于ANSYS APDL的翻转机翻转轴结构静力学分析

(西安工业大学机电工程学院 陕西 西安 710000)

基于ANSYS APDL的翻转机翻转轴结构静力学分析

胡一凡

(西安工业大学机电工程学院陕西西安710000)

用solidworks对翻转轴进行三维建模，利用SolidWorks与Ansys的接口实行无缝对接，应用ANSYS APDL对翻转轴进行强度、刚度有限元分析，根据分析结果，对以后翻转轴的改进提供了理论依据。

有限元分析；SolidWorks；ANSYS APDL；翻转轴

引言

翻转机是由翻转轴、固定板、导向轴、同步轮、链条轨道等组成，实现货物立式输送的机械，如图1所示。翻转轴作为翻转机重要的一部分，承受巨大重量，使之旋转，翻转轴的强度和寿命对于翻转机的可靠性产生了巨大影响，所以对翻转轴进行疲劳强度分析，对判断翻转机的使用寿命和安全性有有重大意义。

随着信息技术在各个领域的快速渗透，CAE技术已经得到了大众的认可和应用，其中ANSYS是全世界运用最广泛的CAE软件，是世界范围内上升速度最快的CAE软件，它是由美国ANSYS(Swanson Analysis System)公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件，它能够在 结构、热、声、流体以及电磁场等方面进行研究，在铁路、航空、国防、汽车、电子、建筑、水利水电、船舶、生物医学等领域有大量的运用。它可以在大多数计算机和操作系统中运行，从个人计算机(PC)到工作站再到巨型计算机，而且它可以与各种CAD软件进行数据共享和交换。一系列的优点让ANSYS成为对机械零件进行有限元分析十分可靠的软件。

本文以某厂FY-5翻转机的翻转轴为例基于Solidworks和Ansys APDL设计计算，给出了翻转轴总位移的分布云图和应力云图。

图1 翻转机

一、翻转轴分析流程

有限元分析一般包括以下流程：①利用solidworks对翻转轴进行三维建模。②将翻转轴三维模型导入ANSYS APDL中并生成有限元模型。③给翻转轴施加约束和载荷。④在ANSYS APDL中进行有限元分析并得到各种云图。流程如下：

图2 有限元分析流程

二、翻转机翻转轴的模型建立

在对翻转轴建模之前，我们必须对它进行结构分析，确保它与其他零件的连接准确，并满足调整要求。翻转轴实体模型如图3所示。

将SolidWorks中模型导入到ANSYS APDL中方法有多种，其中最简便的无缝对接方式为将模型保存为X.T格式，再由ANSYS APDL打开，模型信息几乎不会丢失，即便出现丢失情况，也可回到SolidWorks进行调整，耗费时长比在APDL中少，节约了时间。导入的有限元模型如图4所示。

三、有限元结果分析

文中翻转轴材料为Q235，参数如下：

表1 参数选择

定义材料为各向同性，因为翻转轴收到压力时，单位面积上的受力和形变比是一定的。

根据中华人民共和国行业标准，FY-5翻转机的最大承载为5T。

(一)翻转轴的垂直弯曲刚度

图5总位移变形

图6应力云图

求解所得位移云图如图5。

求解得出应力云图如图6所示。

(二)结果分析

从图5等效位移云图可以看出该翻转轴最大形变发生在翻转轴末端底座承载面处，变形量从底座从上往下逐渐递减。底座沿着另一端逐渐递减，最大位移为9.81005mm。从图6等效应力云图可以看出翻转轴一端固定，另一端施加载荷，最大应力发生在翻转轴底座边角处。

四、结语

本文运用ANSYS APDL对翻转机翻转轴进行静力学分析，得出位移云图和应力云图，非常直观的反映出翻转轴在一端受力情况下各个部分的受力特点。从而为未来翻转机翻转轴的强度校核提供了依据。

[1]JAMES M.PILCH(美)，等.使用有限元分析以改善重载运输车轴[J].国外铁道车辆，2007，(4).

[2]田合强，高福来，邬平波.高速列车车轴强度计算方法对比分析[J].中国铁道科学，2009，30(2).

[3]佘高翔，马力，王元良，等.半挂车行走机构车轴不平行对轮胎磨损影响的仿真研究 [D].武汉理工大学汽车工程学院，1002-4581(2009)04- 0018- 03.

[4]Dooling T A,Cook C.J.[J].Appl Phys,2001,69(8):5355.

[5]Srinivasan T T,Sankar S G,Patil K C.J.[J].Appl Phys,2003,63(8):3789.

[6]Goya G F,Rechenberg H R.J.[J].Magn Magn Mater,2004,19(6):191.

胡一凡，男，汉族，湖北武汉人，工程硕士，西安工业大学机电工程学院，研究方向CAE。