传动轴有限元分析

基于ANSYS有限元的复合材料传动轴失效分析

基于ANSYS有限元的复合材料传动轴失效分析

1. 引言

复合材料在传动轴应用中越来越广泛，其具有较高的强度和刚度，以及较低的密度和惯性矩。然而，由于其复杂的结构和复杂的加载条件，传动轴在运行过程中可能会发生失效。因此，基于有限元分析的复合材料传动轴失效分析显得尤为重要。

2. 传动轴结构和材料

传动轴主要有轴状结构，通常由多个复合材料组件组成，如纤维增强聚合物复合材料（FRP）和碳纤维增强复合材料（CFRP）。这些材料的组合可以提供较高的轴向和环向强度，从而提供更好的传递力矩和转速。

3. 复合材料传动轴的失效模式

复合材料传动轴的失效模式包括弯曲破坏、蠕变破坏、疲劳破坏和环剪切破坏等。这些失效模式通常是由不同的应力和应变引起的，并在不同的加载条件下发生。

4. 有限元模型的建立

基于ANSYS有限元软件，可以建立复合材料传动轴的三维有

限元模型。模型的几何形状和材料属性可以根据实际情况进行设定。

5. 材料参数的输入

复合材料的性能参数需要根据实际测试数据进行输入。这些参

数包括纤维体积分数、纤维方向的弹性模量和剪切模量，基体材料的弹性模量和剪切模量等。这些参数的准确性对于分析结果的准确性至关重要。

6. 边界条件和加载条件的设定

在进行有限元分析之前，需要确定边界条件和加载条件。边界条件通常包括固定支撑和固定约束等，以保证模型的稳定性。加载条件通常包括径向和环向的力矩和转速等。

7. 模型分析和结果评价

通过对复合材料传动轴模型进行有限元分析，可以得到应力和应变的分布图，以及轴的变形情况。利用这些结果可以评估轴的失效模式和强度。

基于ANSYS的传动轴受力分析

引言：

传动轴是一种将动力传输到机器的旋转轴。在实际应用中，传动轴常

常承受着很大的受力。为了确保传动轴在运行过程中的可靠性和安全性，

需要对传动轴的受力进行分析和优化。本文将基于ANSYS软件对传动轴的

受力进行分析。

一、建立传动轴的有限元模型

在ANSYS中，首先需要建立传动轴的有限元模型。有限元法是一种数

值计算方法，通过将实际结构离散化为有限个单元，来近似模拟连续介质

的力学行为。建立传动轴的有限元模型有助于我们分析和优化传动轴的受力。

二、给定边界条件和加载条件

在进行有限元分析前，需要给定传动轴的边界条件和加载条件。边界

条件是指模型的固定部分或约束，加载条件是指施加在传动轴上的力或力矩。在传动轴的受力分析中，常见的加载条件有转矩加载和弯曲加载。

三、进行材料属性的定义

在进行有限元分析前，需要对传动轴的材料属性进行定义。材料属性

包括弹性模量、泊松比和密度等。这些属性可以通过实验获取，也可以通

过材料手册查询获得。

四、进行有限元分析

在以上准备工作完成后，可以开始进行有限元分析。有限元分析通过

对传动轴模型进行网格划分，求解传动轴在加载条件下的应力和变形情况。

在ANSYS中，可以选择合适的求解算法和网格划分方式。通过有限元分析结果，可以直观地了解传动轴承受力的情况。

五、对结果进行评估和优化

有限元分析得到的结果可以用于评估传动轴的受力情况。通过对应力分布和变形情况的分析，可以判断传动轴是否满足强度和刚度要求。如果不满足要求，可以进行优化设计。例如，可以调整材料的种类和尺寸，或者增加支撑结构以提高传动轴的强度和刚度。

基于CATIA 和HYPERWORKS 传动轴有限元分析及优化

刘灵芝1，张冰战2，牛占占2

（1.安徽交通职业技术学院汽车与机械工程系，安徽合肥230051；2.合肥工业大学汽车与交通工程学院，安徽合肥230009）

摘要：传动轴装置是汽车传动系统的重要组成部分，在行驶过程中负责汽车动力的传输。本文基于CATIA 和HY-

PERWORKS 有限元软件对某商用汽车万向传动装置进行强度分析，检验此商用车的传动轴设计是否存在缺陷。经过分

析计算得到十字轴套筒和万向节叉的设计存在明显的缺陷，提出改进相应零部件的措施，对传动轴设计的进一步优化具

有参考意义。

关键词：传动轴；有限元分析；应力分析；结构优化

DOI ：10.13757/34-1328/n.2019.02.018中图分类号：TH16;TH133.4文献标识码：A 文章编号：1007-4260(2019)02-0080-05

Finite Element Analysis on Driving Shaft and Optimization Based on CATIA

and HYPERWORKS

LIU Lingzhi 1,ZHANG Bingzhan 2,NIU Zhanzhan 2

(1.Anhui Communications V ocational &Amp,Department of Automobile and Mechanical Engineering,Hefei 230051,China;

2.Hefei University of Technology,College of Automobile and Transportation Engineering,Hefei 230009,China)

基于ANSYS的传动轴受力分析得分

基于ANSYS的传动轴受力分析

1 传动轴建模

三段阶梯轴(单位:mm)

2 传动轴的有限元模型

有限元模型单元类型:Solid45

材料属性:45钢，EX=210E6Mpa ，Prxy=0.3 网格划分:自由划分，控制全局单元大小为5mm 实体单元数目:47165

3 载荷和约束加载

说明载荷和约束大小及加载位置:

一端端面的全约束，另一端面的面载荷p=18Mpa。

4 分析结果

变形图

应力图

最大位移和最大应力各是多少

最大位移:0.257E-4mm

最大应力:23.146Mpa

5 结论

说明应力是否在许用范围内，最大应力出现在什么地方。45钢:

屈服强度:310Mpa

抗拉强度:570Mpa

所以应力在许用范围内，最大应力出现在轴肩处。

轴的有限元分析范文

有限元分析是一种数值计算方法，常用于虚拟设计与仿真领域，对于轴的有限元分析，主要用于研究轴的结构与性能，同时也包括轴的强度、刚度、稳定性等方面的分析。

轴是机械设备中的重要组成部分，承担传动力、转矩或负载。在许多工程领域中，例如汽车、船舶、飞机、机械制造等，轴的设计与分析至关重要。有限元分析可以为轴的设计提供大量的有关应力、应变、变形等信息，从而优化轴的设计，并确保其安全可靠的工作。

在进行轴的有限元分析时，首先需要将轴的几何模型离散化为有限数量的单元，如线单元或曲面单元。然后，在每个单元中，根据轴材料的性质和受力情况，建立适当的有限元模型。在建立有限元模型时，需要确定单元的类型、单元的尺寸、单元的材料特性、单元之间的连接关系等。

另外，轴的边界条件也需要在有限元模型中考虑。例如，如果轴的两端有固定止动装置，则可以将这些固定点设为边界条件。根据轴的应力分布情况，也可以在适当的位置施加力或约束。这些边界条件对于准确模拟轴的实际工况非常重要。

有限元分析的核心是解方程组，根据有限元模型和边界条件，可以得到轴的应力、应变、变形等参数的数值解。这些解可以帮助工程师了解轴的强度、刚度、稳定性等方面的问题，并进行必要的优化设计。

此外，有限元分析还可以考虑轴的材料非线性、温度效应、接触问题等。轴的材料非线性可以通过引入材料本构模型来进行描述，温度效应可以通过考虑热应力和热变形来分析，接触问题可以通过考虑轴与其他部件之间的摩擦、干涉等来模拟。

总的来说，轴的有限元分析是一项复杂的工程计算工作，需要工程师在建立有限元模型、选择加载条件、设置边界条件等方面具备专业的知识和经验。通过轴的有限元分析，可以为轴的设计与优化提供可靠的工程依据，提高轴的性能和可靠性。

轴的有限元分析

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轴模型有限元分析

使用ANSYS

Workbench 软件对轴零件受力分析（在分析前要将轴

模型保存为zhou.x_t 格式）分析步骤如下:

1、 先将轴模型导入 ANSYS Workbench 软件，选择Gemetry >

From File ;在弹出的菜单中，选择所要分析的模型；如

下图

2、 添加材料信息 模型材料为钢材料，弹性模量为 2X 1011

MPa 泊松比为0.3 ;

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铺层角度对无人机复合材料传动轴影响

的有限元分析

摘要

目前无人机机身构件已普遍采用复合材料以减轻自重，但其传动系统仍采用金属材料，

不仅自重大、传动效率低，并且随之产生振动严重的问题，影响飞行控制甚至飞行安全。碳

纤维复合材料传动轴不仅质量轻，具有比强度高、比模量大、耐疲劳性能好、且噪声小、振

动衰减性好、减振性能好、安全性能好以及可设计性强等优点，解决这个问题的有效途径之

一就是用轻质、高强度的复合材料代替金属材料来制备传动轴。

本文以某小型飞机传动轴为研究背景，对碳纤维复合材料传动轴连接结构受力情况进行

了理论分析，确定了连接结构和碳纤维复合材料管的失效判断依据。根据铺设角度对扭转能

力的影响和复合材料层合板的一般设计原则，设计了单层厚度相同以及4种不同的铺设顺序

并对其分别进行仿真分析，根据分析结果确定最终铺设方案。通过本文研究，45°铺层角度

有利于提高轴体的抗扭性能，而在仅考虑增强轴体的扭转强度时，在0°与90°之间增加45°的铺层顺序是较好的铺层方案。所设计的连接结构和所选择的铺层方案均满足无人机传动轴

的设计要求，并在一定程度上减轻了传动轴的重量，完成无人机轻量化目标。

关键词：复合材料；传动轴；有限元分析；ANSYS

1.引言

传动轴是飞机结构中重要的动力传输构件，承受着飞机发动机传递出去的动力，连接可移动或可转动的部件，它必须具有较高的抗扭性能力才不会失效。因

为现代飞机的主要制造材料已经从单一的材料过渡到了复合材料，并且因为其优

越性能而受到青睐，但是相关的结构设计标准仍存在许多问题，这将使得复合材

基于ANSYS workbench的汽车传动轴有限元分析和优

化设计

使用ANSYS Workbench进行汽车传动轴的有限元分析和优化设计是一种常见的方法。以下是基于ANSYS Workbench的汽车传动轴有限元分析和优化设计的一般步骤：

1.创建几何模型：使用CAD软件创建传动轴的几何模型，并

将其导入到ANSYS Workbench中。确保几何模型准确、完

整，并符合设计要求。

2.网格划分：对传动轴几何模型进行网格划分，将其划分为

离散的单元。选择合适的网格划分方法和单元类型，以确

保模型的准确性和计算效率。

3.材料属性定义：定义传动轴所使用的材料的力学性质，如

弹性模量、泊松比、密度等。确保选择适当的材料模型，

以准确模拟材料的行为。

4.载荷和约束定义：定义施加在传动轴上的载荷，如扭矩、

轴向力等。同时，定义约束条件，如固定轴承端点、自由

转动等。

5.设置分析类型和求解器：根据实际情况选择适当的分析类

型，如静态、动态、模态等。配置求解器设置，选择合适

的求解器类型和参数。

6.进行有限元分析：运行有限元分析，计算传动轴的应力、

变形和振动等。根据分析结果，评估传动轴的性能和强度。

7.优化设计：根据有限元分析的结果，对传动轴的结构进行

优化设计。通过调整传动轴的几何形状、材料或其他参数，以提高其性能。

8.重新进行有限元分析：对优化后的设计进行再次有限元分

析，以验证优化结果。如果需要，可以多次进行重复优化

和分析的步骤。

9.结果评估和优化验证：评估优化结果的有效性，并验证传

动轴在实际工况下的性能。根据需求进行修正和改进。

汽车结构有限元分析

研究报告

姓名：

班级：

学号：

盐城工学院汽车工程学院

传动轴有限元分析研究报告

盐城工学院汽车工程学院车辆工程专业江苏，盐城226000

摘要：

ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如,Alogor, I－DEAS,CAD等。ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。传动轴是最常件的零件，该零件结构较为简单，操作方便，加工精度高，价格低廉，因此得到了广泛的使用。目前很多传动轴都做了适当的改进，使其适用性得到了更大的提高。

本设计是基于 ANSYS软件来汽车曲柄连杆机构行分析。与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。对零件的设计和优化有很大的参考作用。

关键词：三维建模，曲柄连杆机构，有限元，ANSYS，动静态分析

引言

随着发动机强化指标的不断提高，曲柄连杆机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证曲柄连杆机构中的主要部件曲轴具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为机构设计中的关键性问题[3]。由于在实际工况中曲轴承受活塞、连杆传递的爆发压力的交变载荷作用，受力情况极其复杂。采用传统的单纯有限元分析方法，很难完成对曲轴运行过程中动态变化边界条件的描述[4-5]。为了真实全面地了解曲轴在实际运行工况下的力学特性，本课题通过运用CAD软件建立曲柄连杆机构各组成零件的几何模型，确定机构的质量特性参数，通过有限元分析软件Hyperworks和MSC.Nastran的联合仿真，对曲轴和连杆进行自由模态分析，输出振型和频率，将生成的模态中性文件导入ADAMS/View中建立曲柄连杆机构的多柔体动力学模型，应用durability 模块仿真分析曲轴和连杆在爆发压力和惯性力作用下的疲劳应力，由此可以清楚地了解曲轴和连杆在工作过程中各部分的应力，应变，迅速找到危险部位，为机构的优化设计奠定基础。

基于ANSYS的传动轴受力分析

传动轴是一种重要的机械元件，常用于将发动机或电机的动力传递到其他机械装置中。在传动轴运行过程中，由于所承受的力和扭矩的作用，传动轴容易出现受力不均匀、应力集中和疲劳断裂等问题。因此，进行传动轴的受力分析是非常必要的。

ANSYS是一种专业的有限元分析软件，可以对传动轴进行受力分析。受力分析可以分为静态分析和动态分析两种类型。静态分析主要研究传动轴在不同负载下的静态应力分布，而动态分析则主要研究传动轴在旋转过程中的动态响应。

首先，进行静态分析。静态分析旨在确定传动轴在静止情况下的应力分布。首先，我们需要将传动轴的几何模型导入到ANSYS中，并设置其材料属性和边界条件。然后，在荷载点施加所需的力和扭矩，通过分析软件计算出传动轴上各个点的应力大小和分布情况。静态分析的结果可以帮助我们了解传动轴各处的应力情况，检查是否存在应力集中现象。

接下来，进行动态分析。动态分析主要研究传动轴在旋转运动中的振动特性和动态响应。首先，需要将传动轴的几何模型导入到ANSYS中，并设置其材料属性和边界条件。然后，在模型上施加旋转运动荷载，并进行弹性振动分析。通过分析软件计算出传动轴上各个点的位移、速度和加速度等动态响应参数。动态分析的结果可以帮助我们了解传动轴的振动情况和疲劳寿命。

总结起来，基于ANSYS的传动轴受力分析主要包括静态分析和动态分析两个方面。通过这些分析方法，我们可以了解传动轴在静止和旋转过程

中的应力分布、振动特性和疲劳寿命等重要参数。这些分析结果对于传动轴设计和优化具有重要意义，可以提高传动轴的工作性能和可靠性。

轴的有限元分析

机械112 鲁鹏勇 201133315211

1.建立算例。算例是由一系列参数定义的，这些参数完整地表达了物理问题的有限元分析。当对一个零件或装配体进行分析时，想得到它在不同工作条件下的反应就要运行不同类型的分析。一个算例的完整定义包括分析类型、材料、负荷、约束和网格。在这一步骤中，可以为本算例设定一个名称，并同时设定算例的“类型”为”静态”。

2.应用材料。在运行算例之前，必须定义模型的材料属性。在Simulation 中定义材料不会更新已在SolidWorks中为CAD模型分配的材料。在装配体中，每一个零件可以指定不同的材料。指定该轴材料为45钢。

3.添加约束。为了完成一个静态分析，模型必须被正确地约束。Simulation 提供了各种夹具约束模型，一般而言，夹具可以应用到模型的面、边和顶点。单击Simulation工具栏“夹具”下拉菜单的“固定几何体”，完成对零件约束的添加。当某个面添加了约束之后，就可以看到夹具符号出现在该面上。夹具符号分别用箭头和圆角表示各方向的移动和转动自由度的限制。该轴选择“固定几何体”夹具类型，意味着所有的6个自由度，包括三个移动自由度和三个转动自由度都被限制了。

4.施加载荷。单击Simulation工具栏中“外部载荷”下拉菜单中的“压力”，完成对零件载荷的施加，结果如图1所示。

图1 添加约束及施加载荷

5.生成网格。单击Simulation工具栏中的“运行”下拉菜单中的“生成网格”，完成对零件的网格化，结果如图2所示。

图2 生成网格

6.运行算例。完成应用材料、添加约束、施加载荷和对模型进行网格划分后，就可以进行分析了。单击Simulation工具栏中的“运行”，系统就开始进行分析，并弹出运行窗口，其中会显示分析节点、单元以及自由度的数目。

齿轮传动轴的形变与刚度分析与优化

齿轮传动轴作为传统机械工程中的重要部件，承担着传递和转换动力的关键任务。为了确保齿轮传动系统的正常工作和高效传动，必须对齿轮传动轴的形变和刚度进行深入的分析与优化。本文将对齿轮传动轴的形变与刚度进行详细介绍，并探讨其优化方法。

首先，我们来了解一下齿轮传动轴的形变。形变主要是指齿轮传动轴在受到载荷作用下产生的弯曲变形和轴向变形。这些形变会导致齿轮传动系统的精度下降和噪声增加，甚至会引起齿轮传动故障。因此，形变分析是齿轮传动轴设计中至关重要的一环。

齿轮传动轴的形变主要受到轴材料的材料性能和几何形状的影响。首先，轴材料的弹性模量和抗弯强度是影响形变的重要因素。弹性模量越大，轴材料的刚度越高，形变程度越小。抗弯强度越大，轴材料的抗变形能力越强。其次，齿轮传动轴的几何形状也会对形变产生影响。轴的直径、长度、螺纹和键槽等几何参数的设计都需要考虑形变的影响。

为了分析齿轮传动轴的形变，可以采用有限元方法。有限元分析是一种工程数值分析方法，通过将结构划分为有限个小元素，建立数学模型，再对模型进行数值计算，从而得出结构的应力、应变和形变等参数。通过有限元分析，可以得到齿轮传动轴在不同载荷下的形变分布图，进而评估其形变程度。

除了形变分析，刚度分析也是齿轮传动轴设计中的重要环节。刚度是指物体抵抗形变的能力。齿轮传动轴的刚度越高，承载能力越强，形变程度越小。刚度分析可以通过计算轴材料的刚度系数和结构几何参数等来进行，并应用于优化设计。

优化设计是针对齿轮传动轴的形变与刚度进行的。优化设计的目标是在满足齿轮传动系统正常工作和高效传动的前提下，使齿轮传动轴的形变尽量小，刚度尽量