ANSYS软件中施加扭矩的方法

ANSYS软件中施加扭矩的方法
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作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)：
胡意立， 孙明礼， 沈燕青， 周佳杰， 胡林强， HU Yi-li， SUN Ming-li， SHEN Yanqing， ZHOU Jia-jie， HU Lin-qiang 浙江师范大学,工学院,浙江,金华,321004
［参考文献］ 【１］张雅芹．李力强．液压系统中。型密封圈的使用研究【Ｊ］．机械工
程师．２００９（１）：１４７一１４９． ［２】成大先．机械ｉ殳计手册【Ｍ】．北京：化学Ｔ业ｆＨ版社．２００９． ［３］夏廷栋．实用街封技术手册【Ｍ Ｊ．哈尔滨：黑龙江科学技术Ｈｊ版
杜。１９８５． （编辑立明）
作者简介：童鸿斌（１９６８－）．男．工程师．主要从事机械设计和制造工作。 收稿日期：２０１０—０８—２２
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｏｒｑｕｅ；ｍｅｔｈｏｄ；ＡＮＳＹＳ
在机械结构的有限元分析中，经常会碰到施加扭矩 的时候，如电动机的主轴和机床刀具切削工件时的主轴。 然而，扭矩是一种抽象的载荷，ＡＮＳＹＳ中不能直接施加。 当我们采用ＡＮＳＹＳ对主轴进行有限元分析时，扭矩的施 加成为分析过程中较为困难的问题。本文主要讨论在 ＡＮＳＹＳ中施加扭矩的一种方法。 ｌ ＡＮＳＹＳ中施加扭矩的方法
天马股份表示，此次技术改造项目总投资 ２．２亿元（均为固定资产投资），需新购置锻造油 压机、数控立式万能磨床、大型轮廓仪等各类生 产、检测设备５５台。技改项目自２０ｉ０年ｌＯ月 起实施，投资回收期３年。此次项目产品主要为 大功率风电装备制造的配套核心关键部件。
万１ １方４ 数Ｉ机据械工程师２０１０年第１１期
接．采用ｃｅｒｉｇ命令，定义局部刚性区域。直接在独立节点 上施加扭矩。 ２在ＡＮＳＹＳ中施加扭矩实例
为更好地说明问题，我们选用一个六棱柱，如网３所 示。在六棱柱的端面施加扭矩。 按照上述方法，首先，在 扭转的中心线上生成一个节 点并生成质量单元，然后用 ｓｅｌｅｃｔ命令选出六棱柱端面 的所有节点，并定义成一个
以在一段圆柱体的圆周 表面施加扭矩为例，如图２ 所示，圆周方向的节点数目 为３２，沿着轴向共４层节 点。在圆周相同半径处，每２ 个连线经过圆心的节点上作 用大小相等、方向相反的力 Ｅ则获得的扭矩Ｍ大小为：Ｍ＝３２１２ｘｍｘ４，其中，，ｌ为一对 力所产生的力矩。将节点坐标系改为柱坐标系，即可施加 如图２所示的切向力。 这种方法理论上是可选的，但实际操作非常麻烦。首 先圆周方向的节点必须是偶数（增加了网格划分的难 度），这样才能刚好两两配对形成力矩，而且还要手工计 算出作用在各个节点上的等效力，如果重新划分网格，改 变了单元数目，必须重新计算等效力，非常麻烦。 对于圆柱来说，还可以计算出等效力，而对于锥体或 者棱柱，各个截面的直径不再相等，此时计算等效力就不 是一件容易的事情了。如果扭矩作用在端面上，由于端面 节点分布的不规律性，等效计算更是无从谈起。 本文探讨一种应用范围更为普遍的在ＡＮＳＹＳ中施 加扭矩的方法。在构件中心部位建立一个节点，定义为 ｍａｓｓ２１单元，然后跟其它受力节点耦合，形成刚性区域， 再直接加扭矩到中心节点上面。具体方法如下： （１）在构件的中心线上生成一个节点，称之为独立节 点（或主节点），如果在独立节点施加扭矩。其位置是不能 随意定的，必须在中心线上，至于在中心线上的位置则是 随意定的，不影响结果的准确性。 （２）选出承受扭矩的表面上的所有节点，将这些节点
机械工程师 MECHANICAL ENGINEER 2010(11)
参考文献(4条)
1.姜广彬;崔学政 ANSYS中的扭矩分析[期刊论文]-电子机械工程 2005(06) 2.许平;高利;孙东明 ANSYS软件中扭矩施加方法的研究[期刊论文]-机电产品开发与创新 2006(06)
3.刘鸿文 材料力学 2009 4.谭建国 使用ANSYS6.0进行有限元分析 2002
２＂ｔｒｎｌ６０Ｍ，＝Ｐｘ １ ０００ 基金项目：浙江师范大学开放实验室资助项目（８３）
由此求出计算外力
偶矩肛的公式为
｛肌｝－９５４９博 １ ｎ｝
在作用于轴上
的所有外力偶矩都
求出后，即可用截面 法研究横截面上的
内力。现以图１所示
圆轴为例，假想地将
圆轴沿，ｌ—ｎ截面分成
（图１）。由于整个轴是平衡的，所以部分Ｉ也处于平衡状
由于整个轴是平衡的所以部分i也处于平衡状态下这就要求截面nn上的内力系必须归结为一个内力偶矩丁且由部分i的平衡方程胙0求出tmor称为nn截面七的扭矩它是i两部分在n一i截面卜相互作用的分布内力系的合力偶矩
制造业信总化
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本文链接：/Periodical_jxgcs201011050.aspx
组成一个组件，便于后续操作，这些节点称为非独立节点。 （３）在独立节点上生成一个质量单元（ｍａｓｓ２１），质量
的大小设定为很小，如ｌＯｅ一２０，引入这个质量单元是为 了传递扭矩。在ＡＮＳＹＳ中如果一个节点不属于任何一个 单元，作用在节点七的载荷是不起作用的。
（４）在众多非独立节点与独立节点之间建立刚性连
万方数据
机械工程师２０１０年第１１期ｌ １ １ ３
制造业信总化 盘墨互墨西墨重墨墨互正叠墨墨仿一Ｉ毽一ＩＣＡＤＩＣＡＭＩＣＡＥＩＣＡＰＰ——■■■■■●—■■■●●●■■■■●■——●●●■■—●●—一
小相等且作用方向相反的力。根据这个原理，可获得一个 施加扭矩的方法：把扭矩等效转化为作用在节点上的一 对对的大小相等、方向相反的力，所有这些力合成后得到 若干力矩，所有这些力矩之和等于欲施加的扭矩。
组件。最后使用ｃｅｒｉｇ命令将
中心线上的节点 与组件内的节点
形成刚性连接， 这样直接在中心
线上的节点施加
扭矩即可。 将六棱柱的
右端同定，左端 施加一个扭矩，
图４六棱柱变形情况
图４为计算后获 得六棱柱的变形
情况，很明显看 出六棱柱在扭矩
作用下产生了扭
曲变形。 图５为六棱
柱在扭矩作用 下，各节点的第
图５六棱柱应力分布
选用旋转格莱圈作为旋转搅拌轴的密封元件．其密封 效果好．结构简单，成本低。该利密封装置已在多家电冰箱 生产企业中使用。运转正常，搅拌轴密封装置在长期连续 工作过程中。用红外线测温仪测得搅拌电机轴承处的外表 面及减速机外表面的温度均未超过５８℃，润滑液监控器的
工作正常。目前这种旋转ຫໍສະໝຸດ 莱网密封已推广应用到２０００Ｌ 的环戊烷混合料中间储料罐的旋转搅拌轴密封。
在研究扭转的应力和变形之前，先讨论作用于轴Ｅ 的外力偶矩及截面上的内力。作用于截面ｔ的外力偶矩 往往不直接给出，经常是给出轴所传送的功率和轴的转 速。例如．由电动机的转速和功率，可以求出传动轴的转 速及通过带轮输入的功率。功率输入到传动轴上，再经传 动轴一端的齿轮输送出去。设通过传动轴的功率为Ｐ，电 动机以力偶矩肘。作用于传动轴上，若轴的转速为ｎ。则 肌在每秒钟内完成的功应为２１ｒｎ／６０Ｍ。。因为帆所完成 的功也就是给传动轴输入的功。即
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｊｉｎｈｕａ ３２１００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｏｒｓｉｏｎ ｗａｓ ｏｆｔｅｎ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｏｗ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｏｒｑｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｏｒｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｐｒｉｓｍ ｉｎ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ．
中图分类号：ＴＰ３９１．７
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２—２３３３（２０１０）１１—０１１３—０２
Ｔｈｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｔｏｒｑｕｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ＡＮＳＹＳ ＨＵ Ｙｉ－Ｉｉ， ＳＵＮ Ｍｉｎｇ－ｌｉ， ＳＨＥＮ Ｙａｎ－ｑｉｎｇ， ＺＨＯＵ Ｊｉａ－－ｊｌｅ， ＨＵ Ｌｉｎ－ｑｉａｎｇ
ＡＮＳＹＳ软件中施加扭矩的方法
胡意立。孙明礼。沈燕青．周佳杰。胡林强 （浙江师范大学工学院，浙江金华３２１００４）
摘要：在机械结构的有限元分析中，常会遇到施加扭矩的问题。文中探讨了在ＡＮＳＹＳ软件中施加扭矩的一种方法，
以在一个六棱柱一端施加扭矩为实例，说明了ＡＮＳＹＳ施加扭矩方法的过程。
关键词：扭矩：方法：ＡＮＳＹＳ
２ｌ（６）：５７—５９．
（编辑黄获）
作者简介：胡意立（１９８９一），男，本科在读学生。
收稿日期：２０ｌ呻８一１４
为满足大功率风电市场的需求。天马股份 控股子公司成都天马铁路轴承有限公司决定实 施大功率风电轴承技改项目。项目实施后，可形 成年产２５００套风电轴承的生产能力，预计新增 年销售收入３亿元，年净利润７５００万元。
四强度理论等效应力（ＳＥＱＶ），最大应力发生在六棱柱的 最大内切圆的圆周卜。
值得说明的是，定义局部刚性区域施加扭矩的方法，
在端面额外的增加了一定的刚度，所以只能使用于小变 形分析。
３结语 在ＡＮＳＹＳ中采用等效力的方法施加扭矩局限性较
大，而采用定义局部刚性区域，直接在中心线节点施加扭
矩的方法更具有普遍性。 ［参考文献】
态下，这就要求截面ｎ—ｎ上的内力系必须归结为一个内
力偶矩丁，且由部分Ｉ的平衡方程∑胙０，求出
Ｔ－Ｍ，－－－Ｏ
阽肌
ｒ称为ｎ－ｎ截面七的扭矩，它是Ｉ、Ⅱ两部分在ｎ一，Ｉ
截面卜相互作用的分布内力系的合力偶矩。
根据需要，我们要把截面卜的总力矩转换成一对大
置呵以确定密封的＿日ｒ靠性，同时对旋转格莱圈也起到了 润滑作用，减少了摩擦阻力。提高了其使用寿命。在安装 密封件时要特别注意：尖角处去毛刺、倒钝或倒角．将脏 物清洗干净；混合料中的环戊烷对０形橡胶密封网有腐 蚀．０形密封网材料可采用氟橡胶（ＦＫＭ）。 ４结语
［１］谭建国．使用ＡＮＳＹＳ６．０进行有限元分析［Ｍ］．北京：北京大学出 版社．２００２．
［２］刘鸿文．材料力学［Ｍ］．北京：高等教育出版社．２００９．
［３］许平．高利．孙东明，等．ＡＮＳＹＳ软件中扭矩施加方法的研究［Ｊ］．
机电产品开发与创新．２００６。１９（６）：１７２—１７３．
［４］姜，“彬，崔学政．ＡＮＳＹＳ中的扭矩分析［Ｊ］．电子机械Ｔ程，２００５．