应用ANSYS的机床主轴箱静力分析
Ansys静力分析详细步骤教学文案
12 13
图5
6.点击Mesh，点击Mesh Control，选择sizing，来插入网格。 15
16 14
图6
7.点击Body Sizing，选择Definition下的Element Size，输入5mm，来划分网格尺 寸。
17
18 图7
8.点击Mesh，选择Generate Mesh，系统开始划分网格，结果如下。 19 20
Ansys静力分析详细步骤
三.分析步骤
1.打开桌面Workbench14.5，进入窗口，点击Anslysis System 下的Static Structure选项。结果如图1
2
1 图1
2.右键Geometry选项，在快捷菜单中选择Import Geometry，然后选择Browse， 如图2所示：
36
图14
15.点击Solution，点击Solve，来计算结果，点击Total Deformation ，显示模型
总变形。
39
40 图15
16. 点击Equivalent(von-Mises) ，显示等效应力。
41 图16
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
3
4
5
图2
3.选择路径，导入事先准备好的Stp，Igs，x_t等模型档案。选中文件，点击打 开，如图3
6 7
8 图3
4.双击Engineering Data（工程数据），如下图左键点选相关材料，再点击黄 色加号，来添加材料。
9
1
0 图4
5.双击Model，进入Mechanical界面。如下图所示。点击MSBR，再点击Details of MSBR下的assignment右边的箭头，点击Stainless steel，来选择材料。
ANSYS静力分析的简单步骤
ANSYS静⼒分析的简单步骤第⼀步，启动⼯作台软件，然后选择与启动DS模块弹出得界⾯。
第⼆步，导⼊三维模型。
根据操作步骤进⾏。
⾸先，单击“⼏何体”，选择“⽂件”，然后选择弹出窗⼝中的3D模型⽂件，如果当时catia⽂件格式不符，可以把三维图先转换为“.stp”的格式，即可导⼊。
第三步，选择零件材料：⽂件导⼊软件后，在这个时候，依次选择“⼏何”下的“零件”，并且在左下⾓的“Details of ‘Part’”中以调整零件材料属性，本次钟形壳的材料是刚。
第四步，划分⽹格：选择“Project”树中的“Mesh”，右键选择“Generate Mesh”即可在这⼀点上，你可以在左下⾓的“⽹格”对话框的细节调整⽹格的⼤⼩（体积元）。
第五步，添加类型分析：第⼀选择顶部⼯具栏上的“分析”按钮，添加需要的类型分析，因为我们需要做的是在这种情况下的静态分析。
所以选择结构静⼒。
第六步，添加固定约束：⾸先选择“Project”树中的“Static Structural”按钮，右键点击⽀持插⼊固定树。
这时候在左下⾓的“Details of ‘Fixed Support’”对话框中“Geometry”会被选中，会要求输⼊固定的⽀撑⾯。
在这种情况下，固定⽀架的类型是表⾯⽀持，确定六凹⾯（此时也可点击“Edge”来确定“边”）。
然后⼀直的按住“CTRL”键，连续选择其它⼏个弧⾯为⽀撑⾯，在点击“Apply”进⾏确认，第七步，添加载荷：选择“Project”树中的“结构静⼒”，右键选择“Insert”中的“Force”，然后在选择载荷的作⽤⾯，再次点击“Apply”按钮进⾏确定。
第⼋步，添加变形：右键点击选择“Project”树中的“Solution”，随后依次选择插⼊，变形，Total”，添加变形。
第九步，添加等效应变：右键单击“项⽬”的树，“>插⼊应变->解决⽅案->添加等效，等效应变。
第⼗步，添加等效应⼒：⾸先右键点击“Project”树中的“Solution—>Insert —> Stress—>Equivalent”，添加等效应⼒。
基于ANSYS数控管螺纹车床主轴箱有限元分析
态特性提出较高要求 。笔者以加工石油管道管 口螺 纹的专用数控车床的主轴箱为研究对象 ， 对专用数控 车床 的主轴箱进行有限元分析 。
２ ＮＹ Ａ Ｓ Ｓ实体 建模与有限元模 型的生成
２ １ 主轴 箱 实体建 模 ．
专用数控车床 主轴箱箱体结构见 图 １ 所示 。由 于复杂的零件模型直接传递会产生 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 模型无法
Ｏｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｄ ｓｇ ｎ ｎ ｌ ｓ ｏ ｐ ｎ ｌ ｏ ｆＮＣ ｂ ｒｎ － ｌ ｎ ａ ｈ ｎ ａ ｅ ｎ ＡＮＳ ｔ ｍｉ ａ ｉ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｆ ｒ ｓ ｉ ｄ ｅ ｂ ｘ ｏ ｏ ｉ ｇ— ｍｉ ｉ ｇ ｍ ｃ ｉ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｓ ｌ ＹＳ
静力分析时， 主轴箱上的各轴承孔上均受轴承作
用力 ， 由弹性力学可知 ， 内圆柱面上载 荷是按余弦 在 规律分布的。只有正确加载轴承孔的余弦分布载荷 ， 才能精确求得箱体 的真实受力状态。由于刀具切削 过程中， 轴承孔内圆柱面不会全部受力 ， 只有半 圆柱
ｎ ｓ ｓｐ ｏ ｓ ｄ ｅ ｓｉ ｒｐ ｅ ． ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｉ ｌｍｅ ｔ ａｙ ｉ ； ｔｔ ｎ ｙ ｉ ； ｄ ａ ａｙ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ：ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｌ ｓｓ ｓ ｉ ａ ａ ｓｓ ｍｏ ｌａ ｌ ｓｓ ｎｅ ｎ ａ ａｃ ｌ ｎ
１ 前
言
机பைடு நூலகம்主轴箱支 承着 主轴 ， 是机床 的主要受力部 件， 其刚度、 动态特性直接影响到加工的精度 ， 加工过
Ｄ ｉ ｉｏ ｊ ， ｎ Ｈ ｎ ， ｉｎＺ ｅ ａ Ｘａ — ｉ Ｗａ ｇ ｏｇ Ｔａ ｈ ｎ—ｑａｇ ｎ ｉ ｎ
（ ｃｏｌｆｍ ｔｉ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ， ａ ｚｏ ｎｖｒｔ ｏ ｔ ｈｏ ｇ Ｌ ｎ ｏ ａ ｓ ７ ０ ５ Ｃ ｉ Ｓｈｏ ｏ ａｅ ａ ｓ ｅ ｅａｄｅｇｎ ｒ ｇ Ｌ ｎｈ ｕｕ ｉ ｓｙｆ ｅ ｎ ｌ ｙ， ａｚ ｕＧ ｎｕ ３ ００， ｈｎ ｒｌ ｃｎ ｅ ｎ ｅ ｉ ｃ ｏ ｈ ａ）
应用ANSYS的机床主轴箱静力分析
建立工作平面（WP），使x 轴与中心线保持一致，旋转y 轴到适当位置，按命-divide-Area by WP，用y 轴分割该圆 柱面。每个单元大小为20mm进行自由网格划分。论文参 考网
。节点数为11300个，单元数为9000个。箱体有限元模型 如图2所示。2 施加约束载荷及求解主轴箱在工作条件下， 三角形导轨面在y，z方向运动均受到限制，故对导轨面 进行y，z方工出高精度的产品。 但整体来讲，三个方向的刚度分布不太均匀，如果可能， 可以改进主轴箱结构，以提高主轴箱刚度，确保加工产 品的精度。图6 合位移场等值线分布图
4 结论（1）由于精确地将轴承座圆柱面的承载面分割出 来，所以施加的载荷真实地反映了实际受载情况，主轴 箱的网格划分密度良好，保证了计算结果的精度。（2） 应力分析和刚度分析结果表明，主轴箱
中现象。这种应力集中是由于几何构造或载荷引起弹性 理论计算应力值较大，它不会影响整个结构的分析。图4 单元应力偏差分布图3.2应力分析图5 主轴箱节点等效应 力分布图3.3刚度分析：图6为
合位移场等值线分布图，从结构总变形USUM分布图可以 看出，主轴箱大部分的总变形值在0～0.004mm,最大值为 0.009029mm，分别位于主轴箱孔施加载荷处和上箱盖边 缘。主轴箱整体变
动轴必须在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置 并避免干涉，而各轴的设计又必须保证其转速、旋向、 强度和刚度，因此难度较大。用有限元法对主轴箱进行 静态结构分析，计算出箱体的应力情况、固有
频率和振型，为主轴箱的动态分析和优化设计提供理论 依据。1 建立有限元模型1.1 建立简化的实体模型图1 主 轴箱的简化模型图2 主轴箱有限元模型1.2 定义单元类型 材料属性主轴箱材料使用
体具有较高的抵抗破坏和变形的能力箱体的刚性较好。 参考文献：[1]邵蕴秋. ANSYS8.0 有限元分析实例分析导航 [M]. 北京：中国铁道出版社，2004.[2]郑翔.基于FEM 的箱
基于ANSYS的轴类零件有限元静力学分析
基于ANSYS勺轴类零件有限元静力学分析马超（山东科技大学交通学院，车辆工程2011-1 ）.、八、-刖言轴向受弯扭的杆件在工程中的应用非常广泛。
齿轮减速器中的齿轮轴承受扭矩的作用，如果扭矩过大，或者轴过于细长，则有可能突然变弯，发生稳定失效。
有限元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法。
ANSY软件作为一款功能强大、应用广泛的有限元分析软件，不仅具备几何建模的模块，而且也支持其他主流三维建模软件接口，目前在工程技术领域中的应用十分广泛，其有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。
文章在基于有限元分析软件ANSY的基础上对轴的承载特性进行了分析。
摘要：介绍应用ANSY软件分析轴类零件在扭转载荷压力作用下发生形变量和应力分布的情况。
关键词：载荷；轴；ANSYS一问题分析求解下图为一轴类零件结构示意图。
该零件在两个滚动轴承处受到轴向和径向约束，左侧键槽侧面受到6000N的均布载荷，右侧键槽侧面受3000N的均布载荷。
模型材料为钢材料，弹性模量为2 1011MP a，泊松比为0.3。
作出等效应力图和变形图，并进行强度分析。
1—I-二轴有限元模型2.1建立轴零件有限元模型轴为左右对称结构。
在Siemens UGNX8.5中建立该轴三维模型，通过接口导 入 ANSY 中。
该载荷轴采用Tet 10node 187单元。
此单元是一个高阶3维20节点固体结构单元， 每个节点有3个沿x 、y 和z 方向平移的自由度，具有二次位移模式，主要适用于位 移、变形等方面。
如果要求精度高，可较好地剖分；如果要求精度不高，由于单 元本身是高阶单元，使用稍微弱一点的网格也可行，能够用于不规则形状，且不 会在精度上有任何损失。
2.2网格划分网格划分的过程就是结构离散化的过程，通常轴模型划分的单元越多越密 集，就越能反映实际结构状况，计算精度越高，计算工作量越大，计算时间增长。
由于轴结构属于局部不规则几何体，因此采用自动划分法进行网格划分。
基于ANSYS_WORKBENCH的机床动态性能分析及改进
基于ANSYS_WORKBENCH的机床动态性能分析及改进机床的动态性能对于机床的稳定性、精度和效率具有重要影响。
通过对机床进行动态性能分析和改进，可以提高机床的加工效率和精度，降低故障率，提升生产效率。
本文将基于ANSYS_WORKBENCH对机床进行动态性能分析，并提出改进方案。
首先，通过ANSYS_WORKBENCH对机床进行动态性能分析。
ANSYS_WORKBENCH是一款用于工程仿真的软件，具有强大的建模和分析能力，可以对机床进行应力、振动和变形等方面的分析。
通过建立机床的有限元模型，可以模拟机床在加工过程中的振动情况，分析机床的固有频率、模态振型等动态性能指标，评估机床在运行过程中的稳定性。
在动态性能分析的基础上，针对机床存在的问题进行改进。
根据动态性能分析的结果，可以确定机床存在的振动源、刚度不足、动态刚性不够等问题，进而提出相应的改进方案。
对于振动源较为明显的问题，可以通过加装减振装置、增加机床刚度等方式进行改进；对于刚度不足的问题，可以通过调整机床结构、更换材料等方式增加机床的刚度；对于动态刚性不够的问题，可以通过控制系统的调整和优化来改进。
在改进方案实施后，再次通过ANSYS_WORKBENCH对机床进行动态性能分析，验证改进效果。
通过对改进后的机床进行振动、应力、变形等方面的分析，评估改进方案的有效性。
如果改进方案有效，可以进一步提出优化建议，加强机床的设计和制造过程控制。
最后，通过对机床的动态性能分析及改进，可以提高机床的加工效率和精度。
精确掌握机床的动态性能指标，可以及时发现和解决机床存在的问题，降低故障率，提升机床的稳定性和可靠性。
通过对机床的改进，可以进一步提高机床的刚性和动态刚性，降低机床的振动和变形，提高加工精度和表面质量。
综上所述，基于ANSYS_WORKBENCH的机床动态性能分析及改进可以有效提高机床的加工效率和精度，降低机床故障率，提升生产效率。
对于机床制造企业来说，重视机床的动态性能分析和改进工作，不仅可以提高产品竞争力，还可以满足市场对精密加工的需求，推动企业的可持续发展。
ansys中的静力分析
第1章 静力分析1.1 力的概念力在我们的生产和生活中随处可见，例如物体的重力、摩擦力、水的压力等，人们对力的认识从感性认识到理性认识形成力的抽象概念。
力是物体间的机械作用，这种作用可以使物体的机械运动状态或者使物体的形状和大小发生改变。
从力的定义中可以看出力是在物体间相互作用中产生的，这种作用至少是两个物体，如果没有了这种作用，力也就不存在，所以力具有物质性。
物体间相互作用的形式很多，大体分两类，一类是直接接触，例如物体间的拉力和压力；另一类是“场”的作用，例如地球引力场中重力，太阳引力场中万有引力等。
同时力有两种效应：一是力的运动效应，即力使物体的机械运动状态变化，例如静止在地面物体当用力推它时，便开始运动；二是力的变形效应，即力使物体大小和形状发生变化，例如钢筋受到横向力过大时将产生弯曲，粉笔受力过大时将变碎等。
描述力对物体的作用效应由力的三要素来决定，即力的大小、力的方向和力的作用点。
力的大小表示物体间机械作用的强弱程度，采用国际单位制，力的单位是牛顿（N ）（简称牛）或者千牛顿（kN ）（简称千牛），1kN =103N 。
力的方向是表示物体间的机械作用具有方向性，它包括方位和指向。
力的作用点表示物体间机械作用的位置。
一般说来，力的作用位置不是一个几何点而是有一定大小的一个范围，例如重力是分布在物体的整个体积上的，称体积分布力，水对池壁的压力是分布在池壁表面上的，称面分布力，同理若分布在一条直线上的力，称线分布力，当力的作用范围很小时，可以将它抽象为一个点，此点便是力的作用点，此力称为集中力。
由力的三要素知，力是矢量，记作F ，本教材中的黑体均表示矢量，可以用一有向线段表示，如图1-1所示，有向线段AB 的大小表示力的大小；有向线段AB 的指向表示力的方向；有向线段的起点或终点表示力的作用点。
图1-11.2 静力学基本原理所谓静力学基本原理是指人们在生产和生活实践中长期积累和总结出来并通过实践反复验证的具有一般规律的定理和定律。
基于ANSYS软件的机床主轴箱设计分析
分 析的对象 直接 离散化 ， 使 得 最 小 位 能 原
在 主 轴 箱 的 强 度 方 面 影 响很 大 ， 这 就 要 求 把箱盖和箱体一起研究。 箱 理和 虚位移 原理 ， 得 到 了基 本 理 论 求 解 方 我 们 在 建 模 时 ， 法。 有限单元法的基本思想 ， 把 连 续 的 求 解 体 总 体 尺 寸 一般 为 为２ ３ ５ ｍｍ ×４ ２ ５ ｍｍ × 域， 拆分为有限数量 ， 在 按 一 定 方 式 下 组 织 ２ ９ ５ ｍｍ， 材料 为 ＨＴ２ ０ ０ ， 弹性 模 是 １ ． ２ Ｅｌ １ ， 起来 ， 形成单元的组合体 。 有 限 单 元 法 另 一 泊松 比为 ０ ． ２ ５ 。 建 立模 型后 ， 选 用 与 其结 构 个特点 ， 是 利 用 单 元 内假 设 近 似 函数 ， 实 现 类 似 的 １ ０ 节 点Ｓ Ｏ Ｌ Ｉ Ｄ ９ ２ 块单元 ， 细 化水 平 主
信 息 技 术
Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｏ Ｅ ＆Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ０ Ｌ ０ Ｇ Ｙ
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 的机 床 主轴 箱设 计分 析
朵 庆跃 刘玉 梅 （ 邵 阳学院 湖南邵 阳 ４ ２ ２ ０ ０ ０ ）
摘 要： 主 轴 箱是 机床 的关键 部件 之一 。 主轴 箱的 动态特 性 ， 直接 影响 整机加 工效果 。 充分 利 用有限元 分析软 件Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ， 在主轴 箱 动态 设计优 化方 面已经 发挥 了重要 作 用。 本文主要 从Ａ Ｎｓ Ｙ ｓ 软 件和 有限元 的设计 简介 入手 ， 对ＡＮ ｓ Ｙ ｓ 优化设 计和有限 元建 模设 计提 出 了具体 的设 计 方法 。 该 方 法的采 用， 为复杂机 械 结 构优化 设 计 ， 提 供 了一 种新 解 决 办法 。 关键词 ： 优化 ＡＮ Ｓ ＹＳ 软 件 主轴 箱 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ ５ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ３ ７ ９ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ８ （ ｃ ） 一 ０ ０ ２ １ — ０ １ 主 要 有 设 计者 输 入 的参 数 ， 和 在机 床零件 中 ， 主 轴 箱 设 计 是 机 床 设 测 ， 在 促 优 化 阶 段 更 加 能 够 显 示 效果 。 所 以 的 关 键环 节 ， 局 部 细 化 的 精 优 化 采 零 件 从 特 征 参 考 的 数 值 两 种 不 同模 型 。 设 计过程 中， 工作量比较大部件 。 采 用 限 元 分 被 称 作 做 梯 度 寻 优 。 析等现 代结构 法 ， 已受 到 专 业 工 程 设 计 人 用 比 较 多 。 计 者 往 往 根 据 零 件 的设 计 ， 对 零 件 的 装 配 决 定通 过 人 际 界 面 的 参 数 输 入 。 但是 ， 零 件 员的 采 用 ， 并 且 出 现 了 显 著 的 技 术 经 济 效 益 ， 肯 定 了 它 在 机 床 主 轴 箱 优 化 设 计 中 积 ３ 主轴箱有 限元建模设计 极 的作用 。
基于ANSYS的大型数控车床床身的静态特性分析
• 40 •内燃机与配件基于ANSYS的大型数控车床床身的静态特性分析王馨仪(兰州理工大学，兰州730050;甘肃机电职业技术学院，天水741001)摘要：车床的床身是整台机床的重要支承部件，其结构的动态特性和静态特性，对机床的加工精度、加工质量起着至关重要的作 用。
本文利用SolidWorks建立床身的三维实体模型，然后在A N SYS软件中进行床身静刚度的有限元分析。
关键词：大型数控车床;静态分析;有限元;ANSYS0引言车床在切削过程中，作用在刀具或工件上的切削力不 仅使切削层金属产生变形，消耗了功，产生了切削热，还使 刀具磨损变钝，从而影响到工件加工表面的加工精度和生 产率。
因此，在设计机床时，就对其提出了强度及刚度要 求。
而床身作为数控车床一个关键的结构大件，它的强度 和刚度直接影响和制约着车床的稳定性、安全性和可靠 性，更是机床加工精度的重要决定因素。
所以本文以大型 卧式数控车床CKW61100为例，采用常用的有限元软件 ANSYS对床身结构进行静力分析，得到在各工作状态下 和不同载荷条件下床身的等效应力分布图、最大应力变形 图。
据此，可以分析床身在各工况下应力集中部位和最大 变形部位，找到静刚度的薄弱区域，为之后的优化分析提 供了可靠的依据。
1有限元静力分析简介有限元静力分析是研究结构体在固定不变的载荷作 用下的平衡和运动，以及相应产生的应力和变形。
通常，我们研究的往往是计算那些固定不变的惯性载荷对结构的 影响，包括产生约束反力、位移、应力以及应变等参数；而不考虑惯性、阻尼等随时间变化载荷的情况。
有限元分析中的静力学分析的基础是弹性力学的变 分法。
2软件介绍2.1 SolidWorks软件介绍SolidWorks是基于Windows平台，具有强大功能的二 维实体设计软件。
该软件不管是在价格上还是在功能使用 性上，已经逐步成为主流二维实体造型设计软件之一，其 具有操作方便、易于掌握的特点，极大地提高了工程师的 设计效率，是很实用的CAD设计软件。
ANSYSWorkbench软件在集装箱静力分析中的应用_杨俊
符合应力设计要求。
经过 ANSYS 软件的静力试验有限元模
1
拟，得到结果云图。箱体加载受力中的变形见
3
4
图４，箱体加载受力中的等效应力见图５。
2
5
7
9
8
6 图 箱体变形数据采集点
0.00 1000.00 2000.00（mm） 500.00 1500.00
图 箱体加载受力中的变形
z x
y
0.00
1500.00 3000.00（mm）
比对 ANSYS 软件模拟结果与实际试验结果， 变形误差率仅为 10%，应力结果判断一致。由此可 见，ANSYS 软件在集装箱设计校核方面具有重要的 参考作用。
（编辑：张 婕 收稿日期：2011-01-04）
图 4 和 5 以颜色表示值区间，红色区间的数值 最大，深蓝色区间的数值最小。根据箱体表面的颜 色，对箱体各处对应的数值作预读。若要具体位置 的具体数值，可使用“PROBE”功能按钮指到对应 0
图 箱体加载受力中的等效应力
z x
y
实际试验结果验证
有了 ANSYS 软件模拟静力试验的参考后，立 即制造该箱，并按照同样的加载条件进行实际试 验，得到试验结果：加载中弹性变形 3.00 mm，卸载 后无永久变形。对实际试验结果补充说明：（1）在实 际试验中，受测试条件限制，未作应力测试，应力判 据为观察宏观结果，即各零件有无显著永久变形； （2）实际试验中变形数据采集点为箱体横、纵、深向 中位点，与 ANSYS 软件模拟测试点一致。
C D
B A
0.00 1000.00 2000.00（mm） 500.00 1500.00
计算结果
《集装箱检验规范（2008）》对该箱型有以下要
Ansys Workbench 静力分析讲义
Training Manual
– Bonded 和 No Separation 是线性接触并只需要一次迭代 – Frictionless，Rough 和Frictional 是非线性接触并需要多次 迭代
非线性接触类存在一个 非线性接触类存在一个Interface Treatment（界面处理） （界面处理） 选项： 选项：
用户自定义的坐标系中指定（x， y， z） 坐标值 用户自定义的坐标系中指定（ ， ， ） 通过选择顶点/边/面指定位置 通过选择顶点 边 面指定位置
Training Manual
– 质量点只受包括加速度、重力加速度和角加速度的影响。 质量点只受包括加速度、重力加速度和角加速度的影响。 – 质量是与选择的面联系在一起的，并假设它们之间没有刚度。 质量是与选择的面联系在一起的，并假设它们之间没有刚度。 – 不存在转动惯性
线性静态结构分析基础
Training Manual
对于一个线性静态结构分析（ Linear Static Analysis ），位移 由下面的矩 对于一个线性静态结构分析（ ），位移 位移{x}由下面的矩 阵方程解出： 阵方程解出：
[K]{x} = {F}
假设： 假设：
– [K] 是一个常量矩阵
假设是线弹性材料行为 使用小变形理论 可能包含一些非线性边界条件
Offset：给初始调整指定一个 或非 的值 或非0的值 ：给初始调整指定一个0或非 Adjusted to Touch： ANSYS把间隔缩小到恰好接触的位置 （ ： 把间隔缩小到恰好接触的位置 ANSYS Professional 或更高版本） 或更高版本）
4-9
Static Structural Analysis
…组件 – 点焊 组件
基于ANSYS的加工中心电主轴静态性能分析
文章编号 ：０ １３ ９ （０ ２ ０ — ２ １ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ） １０ ０ — ２
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎｅｙ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉ ｒ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ ２ ０１
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的加 工 中心 电主轴静 态性 能分析 术 ＮＹ
中 图分 类 号 ：Ｈ１ ，Ｇ ５ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｔ ６９ Ａ
１ 引 言
用 提高加工速度的方法来提高生产率一直是制造技术领域 十分关注并为之不懈奋斗的重要 目标。作为当代四大先进制造技 术之一的高速加工技术 ， 它拥有高切削速度 、 高进给速度以及高加 工精度， 不仅能提高生产率 ， 而且能显著地提高零件 的加工精度和
ｅ ｅｔｏ ｓ ｉ ｃａａｔｒ ｏ ｏ ｒｐｎ ｌ ｕｉａｅｄｓｒ ｅ ｉｐｐ ｒ ｈｎｂ ａｔｇ ｎｅｅ ｍ ｎ ｆ ｃｓ ｔ ｃ ｈｒ ｅｓｆｍ ｔ ｉｄ ｎｔ ｒ ｅｃｉ ｄｉ ｔｓ ａｅ． ｅ ｙａｐ ｉ ｆ ｉ ｌ ｅｔ ａ ｃ ｆ ｔ ｏｓ ｅ ｂ ｎｈ Ｔ ｄ ｎｉ ｔ ｅ
ｂａｉ ， ｎ ｐ ｏ ｅｔｅｄｆ ｒ ａｉｎｓ ｂｅｔｄｔ ａｉ ｅｔｒａ ｌ ｄａｄｓＩ ｅ ｃ ｅ ｉｒ ｉｎ ｗｔ ｌｃ ｒ ｏ ａ ｄｉ ｒｖ ｈ ｅｏｍ ｏ ｕｊｃｅ ｓ ｔ ｘｅｎ ａ ｆ ｘｉ ｄｖｂａ ｏ ，ｉ ｅ － ｔ ｎ ｍ ｔ ｏｔ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅ－ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔｃｔ ｉｄｅ ｈｇ －ｐ ｅ ａ ｈｎｎ ｅ ｔ （ Ｈ ６ ４ ） ｕ ｙｏｊｃ ， ａｎｄ ｓ ｎ ａａ ｅｅｓ ｔｅ ｒ ｉ ｓ ｎ ｌ ｏ ｉ ｓｅｄｍ ｃ ｉｉｇｃ ｎ ｒＴ ＭＳ ３ ０ ａ ａｓ ｄ ｂｅｔｍ ｉ ｅｉ ｒｍ ｔｒ ｏ ｈ ｉ ｙｐ ｆ ｈ ｅ ｓ ｔ ｇｐ ｆ
AnsysWorkbench静力分析详细实例-
Ansys静力分析实例：1 问题描述：如图所示支架简图，支架材料为结构钢，厚度10mm，支架左侧的两个通孔为固定孔，顶面的开槽处受均布载荷，载荷大小为500N/mm。
2 启动Ansys Workbench，在界面中选择Simulation启动DS模块。
3 导入三维模型，操作步骤按下图进行，单击“Geometry”，选择“From File”。
从弹出窗口中选择三维模型文件，如果文件格式不符，可以把三维图转换为“.stp”格式文件，即可导入，如下图所示。
4 选择零件材料：文件导入后界面如下图所示，这时，选择“Geometry”下的“Part”，在左下角的“Details of ‘Part’”中可以调整零件材料属性。
5 划分网格：如下图，选择“Project”树中的“Mesh”，右键选择“Generate Mesh”即可。
【此时也可以在左下角的“Details of‘Mesh’”对话框中调整划分网格的大小（“Element size”项）】。
生成网格后的图形如下图所示：6 添加分析类型：选择上方工具条中的“New Analysis”，添加所需做的分析类型，此例中要做的是静力分析，因此选择“Static Structural”，如下图所示。
7 添加固定约束：如下图所示，选择“Project”树中的“Static Structural”，右键选择“Insert”中的“Fixed Support”。
这时左下角的“Details of ‘Fixed Support’”对话框中“Geometry”被选中，提示输入固定支撑面。
本例中固定支撑类型是面支撑，因此要确定图示6位置为“Face”，【此处也可选择“Edge”来选择“边”】然后按住“CTRL”键，连续选择两个孔面为支撑面，按“Apply”确认，如下图所示。
8 添加载荷：选择“Project”树中的“Static Structural”，右键选择“Insert”中的“Force”，如下图所示。
ANSYSWORKBENCH静力结构分析
ANSYSWORKBENCH静力结构分析ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）第四章静力结构分析序言在DS中关于线性静力结构分析的内容包括以下几个方面:–几何模型和单元–接触以及装配类型–环境（包括载荷及其支撑）–求解类型–结果和后处理本章当中所讲到的功能同样适用与ANSYS DesignSpace Entra及其以上版本.–本章当中的一些选项可能需要高级的licenses，但是这些都没有提到。
–模态，瞬态和非线性静力结构分析在这里没有讨论，但是在相关的章节当中将会有所阐述。
线性静力分析基础在线性静力结构分析当中，位移矢量{x} 通过下面的矩阵方程得到: 在分析当中涉及到以下假设条件:–[K] 必须是连续的假设为线弹性材料?小变形理论可以包括部分非线性边界条件–{F} 为静力载荷不考虑随时间变化的载荷不考虑惯性（如质量，阻尼等等）影响在线性静力分析中，记住这些假设是很重要的。
非线性分析和动力学分析将在随后的章节中给予讨论。
[]{}{}F x K =A. 几何结构在结构分析当中，可以使用所有DS 支持的几何结构类型.对于壳体，在几何菜单下厚度选项是必须要指定的。
梁的截面形状和方向在DM已经指定并且可以自动的传到DS模型当中。
–对于线性体，仅仅可以得到位移结果.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional xStructural xMechanical/Multiphysics x…Point MassPoint Mass 在“Geometry”分支在模拟没有明确建模的重量–只有面实体才能定义point mass–可以用以下方式定义point mass位置:在任意用户定义坐标系中(x, y, z)坐标选择点/边/面来定义位置–重量/质量大小在“Magnitude”中输入–在结构静力分析中,point mass只受“加速度”，“标准重力加速度,”和“旋转速度”的作用.–质量和所选面相连通时它们之间没有刚度. 这不是一个刚度区域假设而是一个类似与分布质量的假设–没有旋转惯性项出现.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…Point Masspoint mass 将会以灰色圆球出现–前面提到，只有惯性力才会对point mass 起作用。
基于ANSYS Workbench的电主轴系统静态特性分析
主轴 系统模 型提 出以下 简化 方案 ：
１ ） 将 轴 承 简 化 为 弹 性 支 承 ， 在 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 中建立 有 限元模 型 时 ，用 弹簧 代替 弹性 支承 单元 。
２ ） 将 电机 定子 等效 为 同密度 主轴箱 材料 ，将 电
［ １ ４ ０ ］ 第３ ５ 卷
第１ Ｏ 期 ２ ０ １ ３ —１ ０ （ 下）
沈山山，钟建Байду номын сангаас，米 洁，陈秀梅
ＳＨＥＮ Ｓｈ ａ ｎ ． ｓ ｈ ａ ｎ ， ＺＨＯＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ ． １ ｉ ｎ ，Ｍ Ｉ Ｊ ｉ ｅ ， ＣＨＥＮ Ｘｉ ｕ － ｍｅ ｉ
（ 北京信息科技大学 机 电学院 ，北京 １ ０ ０ １ ９ ２ ）
摘
要 ：为校核高速电主轴系统 的静 刚度 ， 运用有限元分析软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 对高速数控机床的 电主轴系统进 行了静态特 性分析。本 文用弹性支承模 拟主轴轴承 ， 并 对模型进行合 理简化以 及边界条件 处理 ，建立 了主轴系统 的三维有限元模 型 ，经过分析计算 获得了 电主轴 的静态变
态 特性研 究 。
１ ． 后轴承：２ ． 主轴；３ ． 主轴箱；４ ． 前轴承 ；５ ． 电机定子；６ ． 电机 转子
１ 电主轴 系统 的主要结构
该 主 轴 系统 的设 计 要 求 达 到 较 高 的 静 刚 度 ，
图 １ 主 轴 系统 结 构 图
主 轴单 元 具 有 多支 承 、 承 受 载 荷种 类 多 、高 速旋 转 等特 点 ，所 以 主轴 单 元 属 于 复 杂 的超 静 定 梁 结构 ，不 便 于 计 算 ， 因此 在 建 立 有 限 元模 型 时 需要 忽略 主轴 单元 在轴 线上 的扭 转振 动ｕ 】 。在 结构 方 面 ， 由于 电主 轴 系 统 是 复 杂 的装 配 体 ，并 且 有 大 量 螺 纹 、倒 角 等 细 小 结构 ， 因此 为 减 小计 算规 模 需 要将 模 型 进 行 简 化 。考 虑 到 以上 原 因 ，对 电
130_ANSYS在机床结构静、动态设计中的应用[1]
![130_ANSYS在机床结构静、动态设计中的应用[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/f25454186bd97f192279e965.png)
2006年用户年会论文ANSYS在机床结构静、动态设计中的应用*郭志全1**徐燕申1霍津海2王在江21. 天津大学机械学院，3000722. 天津精诚机床制造有限公司，300300[ 摘要 ] 基于结构动态设计原理和有限元法（FEM），在ANSYS软件平台上对初始设计机床结构分别建立部件及其整机的有限元模型；并采用变量化分析技术，分析机床结构参数的变化对整个部件的动、静态特性的影响趋势，选择具有最佳动态特性的结构参数，对机床进行修改设计。
分析结果表明改进后的机床结构具有良好的动、静态特性，且已在实践中得以验证。
[ 关键词] ANSYS 变量化分析机床结构动态设计Machine tool Structural Dynamic Design Based on ANSYS Guo Zhiquan1, Xu Yanshen1, Huo Jinhai2, Wang Zaijiang21. School of Mechanical Engineering, Tianjin University, 3000722. Jing Cheng Machine Tool Co., LTD, Tianjin, 300300[ Abstract ] Based on the principle of structural dynamic design and the variational analysis of finite unit method (FEM), the models of whole machine tool and its parts, column and bed, are built inthe ANSYS software with APDL. The results of the static and dynamic structuralcharacteristics are given. With the theory of unit structure (US), the influence of the variationof parameter of the US to the whole structure is analyzed. The curves of static and dynamiccharacters are given. The results of the machine tool have been verified in practice.[ Keyword ] ANSYS, Variational analysis, Machine tool structure, Dynamic design1引言现代数控机床的高加工精度与高速切削对机床主机部分的高刚度、高模态频率、低惯性等有了更高的要求。
基于ANSYS Workbench的主轴箱有限元分析及优化设计
尺寸 Ｐ ｌ为 ８ ４ ５ ７ ． ｍｍ， ４ 为 ６ ． ２ Ｐ ９ ６ ｍｍ， ６ 为 ２ ３ Ｐ ５．
４ ｍｍ， ６ Ｐ７为 ３ ４ ５ ｍｍ， 行 圆 整 后 Ｐ１为 ８ ５ ５ ．４ 进 ７ ｍｍ ，
［ ］ＭｉｇＣ ｎ ，ＱａｇＺ ａ ，Ｔ ｏＨ ｎ ｎ ｕ ｎｅｏ ｉｅｅ ｔ ５ ｎ ｏｇ ｉ ｈ ｏ ａ ａ ．Ｉｆ ｅｃ ｆｄ ｆ ｎ ｎ ｌ ｆｒ
４ ８ ２ ０ ．７
比 较
减 少
２ ８ｌ ３．
降 低
０． ０ ７ ０７
提 高
２ ７ ９． ９
降 低
０． １ ７４
ｆ１ 轴箱 优化 尺寸 对一 阶固有 频率 的灵 敏度 ａ主
５ 结 束 语
●
暑
曼
、
首先 通过 对 主 轴 箱 进 行 有 限元 分 析 ， 到 主轴 得
本 文建 立 了主 轴 箱 的 有 限 元 模 型 ， 以铣 削 工 况
C630车床主轴箱静力分析
C630车床主轴箱静力分析李磊;李健【摘要】应用UG软件对主轴箱建模,以C630车床主轴箱为研究对象,应用有限元分析软件ANSYS Workbench建立主轴箱模型,并对其进行静力分析.通过对有限元计算结果的分析,得到机床主轴箱模型结构的应力和应变大小,从而可以分析结构的刚度和强度能否满足最初的设计要求.这些分析结果为机床的设计提供了依据,对提高机床主轴箱的设计水平具有重要意义.实践表明,对主轴箱进行有限元分析,能够有效地提高主轴箱设计质量.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2016(029)006【总页数】3页(P82-84)【关键词】主轴箱;ANSYSWorkbench;静力分析【作者】李磊;李健【作者单位】广西科技大学机械工程学院,广西柳州 545006;广西科技大学机械工程学院,广西柳州 545006【正文语种】中文【中图分类】TG519主轴箱是机床的主要受力部件，其强度和刚度直接影响到整机的加工精度和加工平稳性。
主轴箱是重型机床的重要零部件之一，在机床加工中起着关键作用。
以C630 机床主轴箱为研究对象，应用ANSYS Workbench 对主轴箱进行静力分析。
通过对有限元计算结果的分析，得到机床主轴箱的刚度和强度分析结果。
对主轴箱进行分析，了解其静态特性，可指导主轴箱的设计，提高机床的加工精度。
静力分析是有限元分析的基础，主要用来分析结构在静力载荷作用下两者之间的响应关系。
通常情况下主要计算由静力载荷引起的结构位移变形、约束反力、应力和应变等参数。
在静力分析时材料应该满足线弹性材料以及小变形理论[1]。
在进行静力分析时一般不考虑惯性作用的影响。
它可以分析一些恒定不变的惯性力(如离心力和重力等)对模型结构的影响[2]。
通过静力分析，可以得出模型结构的应力和应变的大小，从而可以分析结构的刚度和强度能否满足最初的设计要求[3]。
由经典力学理论可得出物体的力平衡通用方程式：式中:{X}为位移矢量；等号右边的{F}是力矢量；[M]表示质量矩阵；[C]表示阻尼矩阵；[K]表示整体结构刚度系数矩阵。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
科技信息
机床主轴箱是机床的关键部件，也是机床设计过程中工作量最大的部件。
主轴箱是采用一根动力轴带动多根主轴的工作方式，各传动轴必须在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置并避免干涉，而各轴的设计又必须保证其转速、旋向、强度和刚度，因此难度较大。
用有限元法对主轴箱进行静态结构分析，计算出箱体的应力情况、固有频率和振型，为主轴箱的动态分析和优化设计提供理论依据。
１．建立有限元模型
１．１建立简化的实体模型
根据主轴箱的二维工程图，利用Ｐｒｏ／Ｅ可以方便地建立主轴箱的三维实体模型。
为保证ＡＮＳＹＳ分析结果的准确性，在Ｐｒｏ／Ｅ里定义模型的
尺寸单位为国际制（米千克秒）。
以通用的ＩＧＥＳ格式保存并导入ＡＮ－ＳＹＳ中。
也可以采用ＰＲＯ／ＭＥＣＨＡＮＩＣＡ进行二次转换，然后再用ＡＮ－ＳＹＳ进行分析。
由于实体模型含有诸如螺纹孔、小圆角及倒角等小结构，在建立主轴箱有限元模型时不可能使模型的质量矩阵和刚度矩阵与实际情况保持一致，而且以上诸多小结构在网格划分以及求解的时候会耗用大量的资源和时间，所以在导入ＡＮＳＹＳ建立有限元模型以前，可根据等效原理对以上小结构进行简化，简化模型如图１所示。
图１主轴箱的简化模型图２主轴箱有限元模型
１．２定义单元类型材料属性
主轴箱材料使用灰铸铁ＨＴ２００，其密度７３４０ｋｇ／ｍ３；弹性模量１．３Ｅ１１Ｐａ；泊松比０．２５，由于主轴箱结构为空间不规则几何体，故选用有中间节点的ｓｏｌｉｄ９２四面体单元；在ｍａｔｅｒｉａｌｍｏｄｅｌｓ中依次输入密度、弹性模量和泊松比。
１．３有限元网格的划分
一般轴承座的圆柱面只有１／２处承受载荷，所以在网格划分之前要将受载面分割出来。
在轴承座的中心线上建立工作平面（ＷＰ），使ｘ轴与中心线保持一致，旋转ｙ轴到适当位置，按命令－ｄｉｖｉｄｅ－ＡｒｅａｂｙＷＰ，用ｙ轴分割该圆柱面。
每个单元大小为２０ｍｍ进行自由网格划分。
节点数为１１３００个，单元数为９０００个。
箱体有限元模型如图２所示。
２．施加约束载荷及求解
主轴箱在工作条件下，三角形导轨面在ｙ，ｚ方向运动均受到限制，故对导轨面进行ｙ，ｚ方向零位移约束，即ＵＺ＝ＵＹ＝０；又矩形导轨ｚ方向运动受到限制，故对导轨面ｚ方向进行零位移约束，即ＵＺ＝０。
由于载荷的特殊性，作如下处理：各个孔中心所受集中力等效成孔颈表面的均布压力，Ｙ，Ｚ方向压力覆盖范围均为９０°，如图３所示。
ＰＡＺ＝４．１６ＭＰａ，ＰＡＹ＝３．１２ＭＰａ；ＰＢＺ＝３．４６ＭＰａ，ＰＢＹ＝２．６０ＭＰａ
图３载荷及边界条件施加
３．计算结果与分析
３．１误差分析
选择通用后处理模块画出单元应力偏差分布图如图４，从单元应力偏差分布图可以看出，大部分的应力偏差ＳＤＳＧ值在０～０．００１ＭＰａ，局部区域的单元应力偏差值在４ＭＰａ左右，说明主轴箱的网格划分密度良好，能保证计算结果的精度。
由图可以看出最高应力偏差值为２０．４０８ＭＰａ，这是由于主轴箱与导轨接触处存在尖角导致应力集中现象。
这种应力集中是由于几何构造或载荷引起弹性理论计算应力值较大，它不会影响整个结构的分析。
图４单元应力偏差分布图
３．２应力分析
图５为主轴箱节点等效应力分布图，从节点等效应力分布云图可以看出，主轴箱大部分区域的等效应力值在０～０．００５ＭＰａ之间，最大值为１５．４４７ＭＰａ，位于轴孔下边缘处。
主轴箱应力分布不均匀；主轴箱大部分区域的安全系数ｎ＝σｓ／σ在２０以上，其设计的安全系数较大，从应力分析的角度，材料抵抗破坏的能力还有很大的潜力。
应力值远远低于材料的强度极限，其应力集中不会影响主轴箱体的刚度。
而ＨＴ２００的强度极限为２００ＭＰａ，所以远远满足强度要求，说明主轴箱有进一步优化的可能。
图５主轴箱节点等效应力分布图
３．３刚度分析
图６为合位移场等值线分布图，从结构总变形ＵＳＵＭ分布图可以看出，主轴箱大部分的总变形值在０～０．００４ｍｍ，最大值为０．００９０２９ｍｍ，分别位于主轴箱孔施加载荷处和上箱盖边缘。
主轴箱整体变形较小，能保证在最大承载条件下加工出高精度的产品。
但整体来讲，三个方向的刚度分布不太均匀，如果可能，可以改进主轴箱结构，以提高主轴箱刚度，确保加工产品的精度。
图６合位移场等值线分布图
４．结论
（１）由于精确地将轴承座圆柱面的承载面分割出来，所以施加的载荷真实地反映了实际受载情况，主轴箱的网格划分密度良好，保证了计算结果的精度。
（２）应力分析和刚度分析结果表明，主轴箱体具有较高的抵抗破坏和变形的能力，箱体的刚性较好。
参考文献
［１］邵蕴秋．ＡＮＳＹＳ８．０有限元分析实例分析导航［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００４．
［２］郑翔．基于ＦＥＭ的箱体结构分析及优化设计［Ｄ］．南京：东南大学，２００４．
［３］方远，乔羽，陈安宁等．振动模态分析技术［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９３．
［４］梁尚明，张均富，徐礼钜，等．摆动活齿减速器箱体的有限元模态分析［Ｊ］．机械设计，２００３（１）．
应用ANSYS的机床主轴箱静力分析
常州轻工职业技术学院机械工程系缪小吉
［摘要］本文讨论了利用ＡＮＳＹＳ对机床主轴箱进行静力分析。
采用ＰＲＯＥ建立主轴箱的实体模型，通过ＡＮＳＹＳ软件提供的数据
接口程序将其导入ＡＮＳＹＳ中，计算出静态应力、应力偏差和刚度，为动态分析、优化设计提供理论依据。
工程技术
２７９
——。