单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基于有限元法省力扳手选型分析,班 级：,07,机制本科三班,学 生：朱伟,指导老师：何华,摘 要,随着工业技术的发展，各种大型机械也越来越多，同时对省力扳手的性能要求也越来越高，本文论述了省力扳手常见的破坏形式，通过对省力扳手的系统传动图进行受力分析，用,ANSYS,建立省力扳手的有限元模型，做出其应力图和应变图，找出其易破坏之处，说明此处所受应力达到材料所能承受应力的最大值，这与实际使用过程中易破坏处相吻合。最后提出改进方案：通过在手柄处加厚的方式作以改善，在实际中这点已得到应用，很好的解决了手柄处易断裂的问题,。,研究方法及基本分析流程,(1),物理模型的建立：本文使用,PROE2.0,软件系统，通过对省力扳手的实际测绘建立其三维空间的几何模型，然后导入,ANSYS10.0,软件。,(2),形成有限元计算模型：依托大型有限元分析软件,ANSYS10.0,根据省力扳手的特点，确定单元类型，进行网格划分。网格的划分对有限元分析的计算量和计算精度影响很大，一般情况下，网格划分越细，计算精度越高，所需的计算机资源、计算时间也越多。在划分时，应在保证计算精度的同时，尽量减少网格数量。,(3),有限元计算及结果分析：确定约束和施加载荷后，利用有限元分析软件对该省力扳手进行静应力分析，对其强度进行校核。,(4),计算分析：进行正确的计算和结果分析，给出研究对象的改进方案，并与原方案进行比较分析，得出结论。,有限元的基本概念和原理,有限元是数学、力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学，是现代科学和工程计算方面最令人鼓舞的重大成就之一。其基本思想是将一个连续的实际结构,(,弹性连续体,),划分为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体进行研究。这些单元仅在节点处连接，单元之间的载荷也仅由节点传递。这个把连续体划分为离散结构的过程称为有限元的离散化，也叫单元划分。有限个的单元称为有限单元，简称单元。利用离散而成的有限元集合体代替原来的弹性连续体，建立近似的力学模型，对该模型进行数值计算，通过对这些单元分别进行分析，建立其位移与内力之间的关系，以变分原理为工具，将微分方程化为代数方程，再将单元组装成结构，形成整体结构的刚度方程。,ANSYS,分析过程中包含三个主要的步骤,省力扳手,PRO-E,实体建模,实体模型导入,ANSYS,软件生成图,省力扳手参数设置,点击,ANSYS Main/Menu/Preferences/Element/Type/Add/Edit/Delete,打开,Element Types,菜单，点击,Add,，打开,Library of Element Types,菜单，选择,brick 8 node 45,单元，点击,OK,定义材料属性：点击,ANSYS Main Menu/Preferences/Material Models,打开,Define Material Model Behavior,菜单，选择,Structural/Linear/Elastic/Isotropic,，打开,Linear Isotropic Properties for Material Num,菜单，在,EX,框中输入,206+e9,，在,PRXY,框中输入泊松比为,0.3,网格的划分,网格划分：点击,ANSYS Main Menu/Preferences/Meshing/Size/Ctrl/smart Size/Adv Opts,，打开,Advanced Smart Size Settings,菜单，在小角粗化（,Small Hole Coarsening,）和小孔粗化（,Small Angle Coarsening,）点,off,，如图,3.20,所示。点击,ANSYS Main Menu/Preferences/Meshing/Mesh Tool,，打开,Mesh Tool,菜单，如图,3.21,所示。在,Smart Size,菜单选择,8,，在,Size Controls,中点击,Global,中的,Set,按钮，打开,Global Element Sizes,菜单，在,SIZE Element edge length,框中输入,8,，如图,3.22,所示。然后点击,mesh,框中选,Volumes,采用自由划分，点击,mesh,按钮，打开,mesh Volumes,菜单，点击,pick All,按钮开始划分网格,划分网格后的省力扳手,局部放大图,省力扳手的加载和求解,行星齿轮的动力传输系统,行星齿轮系传动参数,单排行星齿轮机构的受力分析及行星齿轮机构的运动规律。及行星齿轮受力分析,力的求解过程,力的求解过程,力的求解过程,行星齿轮系受力分析表,套筒内齿轮上的力的加载位置,省力扳手有限元结果分析,省力扳手有限元结果分析,查看节点位移云图：运行,ANSYS Main Menu/General Pos t proc/Plot Results/Contour Plot/Nodal So,命令，弹出,Contour Nodal Solution Data,对话框，依次选择,DOF Solution,和,Displacement vector sum,选项，并选择,De found model,，生成的变形图。,扳手套筒应力图,查看节点应力云图：运行,ANSYS Main Menu/General Pos,tp,roc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Sol u,命令，弹出,Contour Nodal Solution Data,对话框，依次选择,Stress,和,von Miss stress,，并选择,Deformed shape only(,只显示变形后的,),，生成节点应力图,分析与改进,基于省力扳手的日常使用时破坏的情况，我们发现，扳手的手柄根部所受应力较大。这与,ANSYS,软件分析结果相同。为此，我们在改进的过程中可采取，将扳手根部加厚或加筋板，以达到增大受力强度的目的,。,改进后位移图,改进后，我们发现扳手根部变形 得到明显改善。,改进后应力图,扳手根部受力明显减小,全文总结,本文以有限元分析为基本方法，利用三维,CAD,设计软件,PROE,，以省力扳手实体模型为基础，提出合理的简化条件，建立了该省力扳手的三维几何模型。并在几何模型的基础上，通过选择网格单元类型，在,ANSYS,软件中建立了相应的有限元模型。利用,ANSYS,软件进行省力扳手有限元结构静力分析，并对其静强度进行了校核，发现其扳手手柄根部应力较为集中，基于这种情况，我们选择对手柄根部应力集中区域进行加厚的方式，以增大其受力强度，从而使省力扳手在其允许的应力范围内正常工作。虽然扳手自重略微增加，但这对其制造成本没有太大的影响，保证了其经济性与耐用性。由以上的分析可知，在省力扳手的研制开发中引进有限元分析，可以对省力扳手的强度进行校核，对可能发生的应力集中部位进行加强处理，可以提早发现可能出现的问题，这有利于优化省力扳手的结构，改善省力扳手的位移和受力情况，还可能开发出造型更为新颖的省力扳手结构。同时减少应力过剩处的材料，减少金属材料的使用，对于减轻扳手的自重，提高轻便性也有着重要的意义。在分析的过程中，也留下了一些遗憾。由于时间的原因，只对扳手进行了静强度的分析，没有进行模态和其他方面的分析，对有限元在省力扳手设计领域的重要意义阐述的不够深刻。仅仅对省力扳手进行了局部的改进，希望以后可以在这方面做进一步的学习,。,致 谢,随着毕业设计的结束，我们的大学生活真正的到了尾声。在这三个多月的设计过程中，我查询了大量的资料，对四年所学的知识进行系统的回顾和总结，在老师和同学们的热心帮助下，终于顺利的完成了毕业设计，收获颇丰，同时也受益匪浅。虽然我的设计不是很成熟，还有不足之处，但是我付出了自己的劳动，这是我引以自豪的地方，我相信只有经历过的人才会明白其中的酸甜苦辣。这次做设计的经历使我终身受益，我感受到做设计是真正用心做的一件事情，是真正自己学习的过程和研究的过程。没有学习就不可能有研究的能力，对自己的研究就不会有所突破，那也就不叫设计，希望这次经历能让我在以后的工作学习中激励我继续进步。,最后，感谢我的母校蚌埠学院四年来对我的大力培养,谢谢各位评委老师！,