基于INVENTOR的摇臂叉的应力分析
曲轴应力分析报告
0.35613 btu/( lbmass f )
零件名称
crank
运行状况
力:1ห้องสมุดไป่ตู้
载荷类型
力
顶点X
-0.000 N
顶点Y
0.000 N
顶点Z
-10000.000 N
选择的面
力:2
载荷类型
力
顶点X
0.000 N
顶点Y
0.000 N
顶点Z
9800.000 N
选择的面
力:3
载荷类型
力
顶点X
0.000 N
0.0099313 mm
Y位移
-0.19542 mm
0.232203 mm
Z位移
-0.195316 mm
0.195218 mm
等效应变
0.0000000000241853 ul
0.000614357 ul
第一主应变
-0.000000790292 ul
0.000703891 ul
第三主应变
-0.000707447 ul
设计目标
单点
分析类型
静态分析
上次修改日期
2010-4-24, 16:51
检测并消除刚体模式
否
在接触表面上分散应力
否
运动载荷分析
否
高级设置:
平均元素大小(模型直径的分数)
0.1
最小元素大小(平均大小的分数)
0.2
分级系数
1.5
最大转角
60 deg
创建弯曲网格元素
是
忽略小几何图元
否
对部件网格使用基于零件的测量
顶点Y
0.000 N
顶点Z
【精品】数控机床关键零部件的设计与应力分析本科毕业论文设计
本科毕业论文数控机床关键零部件的设计与应力分析Design and Stress Analysis of CNC Machine Tool KeyComponents目录中文摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 本课题的目的和意义 (1)1.3 国内外研究状况 (2)1.3.1 有限元方法的发展 (2)1.3.2 数控机床的发展 (4)1.3.3 国内外机床动静态特性研究现状 (6)1.4 课题的研究方法 (9)1.5 研究内容 (9)1.5.1 数控车床主轴结构设计 (9)1.5.2 车床主轴组件的三维建模 (10)1.5.3 主轴的ANSYS分析 (10)1.6 设计前提 (10)1.6.1 设计要求 (10)1.6.2 设计参数 (11)2 对主轴组件的要求 (12)2.1 基本要求 (12)2.2 特殊要求 (12)2.2.2 静刚度 (13)2.2.3 抗振性 (13)2.2.4 升温和热变形 (14)2.2.5 耐磨性 (14)2.2.6 材料和热处理 (14)2.2.7 主轴的结构 (15)3 主轴轴承的选择 (16)3.1 轴承的选型 (16)3．2轴承精度 (18)3.3 轴承间隙调整和欲紧 (19)3.4本设计的轴承型号以及布局 (20)4传动系统的设计 (21)4.1电动机的选择 (21)4.1.1 电动机容量的选择 (21)4.1.2 电动机转速的选择 (21)4.2传动系统的设计 (22)4.2.1 选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数 (22)4.2.2 按照齿面接触强度设计 (22)4.2.3 按照齿根弯曲强度设计 (25)4.2.5 验算 (27)5主轴主要参数的计算及校核 (28)5．1主轴的结构设计 (28)5.2 主轴的主要参数的计算 (28)5.2.1 前轴颈直径D1 (29)5.2.2 主轴内径d (29)5.2.3 主轴悬伸量a确定： (30)5.2.4 主轴支承跨距的确定 (31)5.3主轴材料及热处理 (34)5.4主轴设计方案 (35)5.5轴的刚度计算 (35)5.5.1轴的弯曲变形计算 (36)5.5.2轴的扭转变形计算 (37)6.主轴箱体 (39)7．Solid Works三维实体设计装配 (40)8. 主轴部件的ANSYS应力分析 (42)8.1主轴静力分析概述 (42)8.2主轴ANSYS分析的一般过程 (43)8.3主轴的受力分析： (44)8.4 主轴ANSYS分析的具体过程 (47)8.展望与结论 (54)致谢 (55)参考文献 (56)中文摘要【摘要正文】本文首先介绍了数控机床和有限元分析的发展，分析了国内外机床动静态特性研究现状，之后以数控车床的主轴及其零部件的设计为主要内容，先讲述了数控机床的主轴部件的设计要求，合理选择轴承型号，设计出主轴的前轴颈直径D1，主轴内径d,前端的悬伸量a和主轴支承跨距L等，从而设计出主轴，之后选择具体的轴承，设计出轴承端盖和主轴箱体，提出了主轴的材料、热处理和技术要求等。
Inventor课件教程2第14章应力分析
图14-1 进入应力分析环境 图14-2 对零件模型进行有限元网格划分
▪ 网格（有限元素集合）的质量越高，物理模型的数学表示就越好。使 用方程组对各个元素的行为进行组合计算，便可以预测形状的行为。 如果使用典型工程手册中的基本封闭形式计算，将无法理解这些形状 的行为。图14-2是对零件模型进行有限元网格划分的示意图。
图14-5 “压力”对话框
图14-6 “轴承载荷”对话框
14.2.4 力矩
▪ 力矩仅可以应用到表面，其方向可以由平面、直边、两个顶点和轴来定义。 ▪ 要为零件添加力矩，可以： ▪ （1）单击【应力分析】标签栏【载荷】面板上的【力矩】按钮，打开如图
14-7所示的【力矩】对话框。 ▪ （2）单击【面】按钮以选择力矩的作用表面。 ▪ （3）单击【方向】按钮选择力矩的方向，可以选择一个平面，或者选择一
▪ 单击【确定】按钮完成力的添加。
▪ 要为零件模型添加压力，可以选择【应力分析】面板上的【压力】 工具按钮，打开如图14-5所示的【压力】对话框，单击【面】按钮指 定压力作用的表面，然后在【大小】文本框中指定压力的大小。注意 单位为MPa（MPa是压强的单位）。压力的大小总取决于作用表面的面 积。单击【确定】按钮完成压力的添加。
14.1.2 应力分析的意义
▪ 使用应力分析工具，用户可以： ▪ （1）执行零件的应力分析或频率分析。 ▪ （2）将力载荷、压力载荷、轴承载荷、力矩载荷或体积载荷应用到零件的
顶点、表面或边。 ▪ （3）将固定约束或非零位移约束应用到模型。 ▪ （4）评估对多个参数设计进行更改所产生的影响。 ▪ （5）根据等效应力、变形、安全系数或共振频率模式来查看分析结果。 ▪ （6）添加特征（例如角撑板、圆角或加强筋），重新评估设计，然后更新
Inventor课件教程2第14章应力分析
14.1.2 应力分析的意义
▪ 使用应力分析工具，用户可以： ▪ （1）执行零件的应力分析或频率分析。 ▪ （2）将力载荷、压力载荷、轴承载荷、力矩载荷或体积载荷应用到零件的
顶点、表面或边。 ▪ （3）将固定约束或非零位移约束应用到模型。 ▪ （4）评估对多个参数设计进行更改所产生的影响。 ▪ （5）根据等效应力、变形、安全系数或共振频率模式来查看分析结果。 ▪ （6）添加特征（例如角撑板、圆角或加强筋），重新评估设计，然后更新
▪ 使用Inventor做应力分析，必须了解一些必要的分析假设。 ▪ （1）由 Autodesk Inventor Professional 提供的应力分析仅适用
于线性材料特性。在这种材料特性中，应力和材料中的应变成正比例， 即材料不会永久性地屈服。在弹性区域（作为弹性模量进行测量）中， 材料的应力—应变曲线的斜率为常数时，便会得到线性行为。 ▪ （2）假设与零件厚度相比，总变形很小。例如，如果研究梁的挠度， 那么计算得出的位移必须远小于该梁的最小横截面。 ▪ （3）结果与温度无关，即假设温度不影响材料特性。 ▪ 如果上面三个条件中的某一个不符合时，则不能够保证分析结果的正 确性。
图14-1 进入应力分析环境 图14-2 对零件模型进行有限元网格划分
▪ 网格（有限元素集合）的质量越高，物理模型的数学表示就越好。使 用方程组对各个元素的行为进行组合计算，便可以预测形状的行为。 如果使用典型工程手册中的基本封闭形式计算，将无法理解这些形状 的行为。图14-2是对零件模型进行有限元网格划分的示意图。
14.2.2 力和压力
▪ 应力分析模块中提供力和压力两种形式的作用力载荷。力和压力的 区别是力作用在一个点上，而压力作用在表面上，压力更加准确的称 呼应该是“压强”。下面以添加力为例，讲述如何在应力分析模块下 为模型添加力。
Inventor中级教程-应力分析
应力分析
应力分析基础 材料的设置 工况加载 分析和结果的解读 应力分析设置 模态分析 优化设计 分析报告、结果的输出 综合练习
应力分析：即有限元分析，将一个工程系统由连续的系统转换 成有限元系统（离散系统），对工程问题进行求解和计算。 Inventor中应力分析的处理规则： • 线性变形规则 • 小变形规则 • 温度无关性 应力分析的基本过程： • 创建几何模型，赋予其材料属性从而确定其物理和力学特性 • 施加工况（载荷、约束等边界条件） • 创建接触 • 划分网格 • 分析计算 • 后处理，处理计算结果
无摩擦约束 此约束应用于表面后，可使零件在表面的切线方向上自由变形， 而在表面的法线方向上不会变形。 工具面板中单击
添加“力” 在零件的面、边、点上添加外力。 工具面板中单击 在一个面的一定区域内添加力的方法参见视频演示
添加“压强” 在零件的面上均匀的添加压强，方向总是面的法向，适合进行 压力容器类零件的分析计算 工具面板中单击
双击可编 辑材料
样式编辑器中编辑材料属性及参看材料属性参数。
固定约束 将零件某部分固定，才能使零件添加载荷后发生应力和应变。 工具面板中单击
销约束 此约束只能添加到圆柱表面，限制圆柱体径向、轴向、切向的 运动。 若不勾选“固定径向”圆柱体会变粗变细；若不勾选“固定轴 向”，圆柱体会被拉长或压缩；若不勾选“固定切向”，圆柱 体会沿切线方向扭转变形。 工具面板中单击
添加“轴承载荷” 实际为“孔销传力”，模拟“孔”或“销”在工作中力的传递 状态。因此这种载荷只能添加到圆柱面。 工具面板中单击
添加“力矩” 在零件的表面（仅在表面）添加力矩 工具面板中单击 注意：力矩的作用点为所选表面的几何中心上。
Inventor中级教程 应力分析
在工具面板中单击 ，启动应力分析设置。 选择分析类型中“静态分析”。 设计目标选择为“单点”。
分析类型
创建模态分析，设置分析的频率范围及“阶”数。
完成分析设置，在工具栏中单击 ，启动分析。 在浏览器中激活并查看某一频率零件的振型。
优化设计：根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满 足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。
添加“力矩”
在零件的表面（仅在表面）添加力矩 工具面板中单击 注意：力矩的作用点为所选表面的几何中心上。
添加“体载荷”
可使零件在重力或加速度的作用下工作。重力和加速度的方向 可以自定义。
工具面板中单击
创建自动载荷
接触设置必须首先创建自动载荷，完成后才能够激活手动接触。 工具面板中单击
在工具面板中单击 ，可以查看零件变形的动画。
录制动画
分析结束后，可以生成结果报告，内容是分析环境和结果的记 录。
工具面板中单击 ，会自动启动IE，显示结果，并可保存。
分析完成后存盘，会创建一个与文件同名的文件夹，其中包括 应力分析的信息。
在零件环境下，浏览器也会多一个“附加信息”节点，显示链 接的文件。
对模型进行应力分析，并改良设计达到原始条件中最小安全系数 和最大变形的要求。
零件工况原始条件：
• 两个小孔端面是固定 端；
• 大孔有沿着连接板平 行方向的力5000N；
• 大孔有沿着孔中心线 方向的力750N；
• 最小安全系数1.5； • 最大变形不超过0.5mm。
当进入“应力分析”前没有修改零件的材料，即材料为“默 认”，进入环境后首先要求用户修改成有效的材料。
在“应力分析”下也可在浏览器中修改材料。
双击可编 辑材料
样式编辑器中编辑材料属性及参看材料属性参数。
Inventor装配件应力分析
Inventor 装配应力分析关于本教程仿真部件的结构静态行为以进行分析。
类别分析所需时间35 分钟使用的教程文件analyze-2.iam应力分析环境是部件、零件、钣金和焊接文档中的一种特殊环境。
该环境有专用的命令。
我们使用应力分析中的“从分析中排除”功能分析部件的子集。
根据需要由模型的物理行为更改接触类型。
调整网格设置以更准确地获得模型的几何图元。
目标∙创建仿真。
∙根据需要评估和指定材料。
∙添加载荷和约束。
∙识别接触条件。
∙创建网格。
∙运行仿真。
∙查看并解释结果。
快速入门开始时，我们打开要分析的部件。
在 Autodesk Inventor 已激活并运行，但没有打开任何模型的情况下，进行以下操作：1.单击快速访问工具栏上的“打开”命令。
2.将项目文件设置为Tutorial_Files.ipj3.选择“部件FEA 1”“analyze-2.iam”。
4.单击“打开”。
5.将文件保存为其他名称，例如：analyze-2_tutorial.iam应力分析环境我们准备进入应力分析环境。
1.在功能区上，单击“环境”选项卡“开始”面板“应力分析”。
2.在“管理”面板上单击“创建分析”命令。
将显示“新建分析”对话框。
这些设置使您可以通过指定唯一名称、单个点或驱动尺寸设计目标和其他参数来量身打造仿真。
注意在“模型状态”选项卡中，指定用于分析的“设计视图”、“位置”和“详细等级”。
每个仿真的设置可以不同。
3.单击“确定”，以接受该仿真的默认设置。
浏览器中填充了部件的装配层次结构和分析相关的文件夹。
功能区面板中的大多数命令现在都启用以供使用。
当满足禁用命令的使用条件时，可启用它们。
将零部件排除在外可以将不受仿真影响或其功能由约束或力仿真的零部件排除在外。
我们将从该仿真中排除以下零件：∙控制柄∙螺杆∙SHCS_10-32x6排除这些零部件的步骤：1.展开analyze-2_tutorial.iam浏览器节点。
2.在“控制柄”上单击鼠标右键，然后单击“从分析中排除”。
三维软件Inventor在机械设计基础课程中的应用探索
三维软件Inventor在机械设计基础课程中的应用探索摘要：Inventor是一款广泛应用于教育、机械制造等领域的综合性3D设计软件。
本文将Inventor软件引入到机械基础课程的教学中，以手摇砂轮为例，对本课程的机械零件、机械传动和机械原理三个方面进行设计。
这种设计能有效提高教学效果，激发学生的学习兴趣，促进学生综合实践能力的提高。
关键词：三维软件;Inventor;机械设计;基础课程;应用导言：Inventor软件具有强大的3D建模、装配、动画、参数化设计等计算机辅助设计功能，可以模拟机器的真实运动，有效分析机器内部零件分布广泛应用于农业工程、机械制造等领域，尤其是在机械类专业的教学中。
Inventor软件对农田播种机进行仿真优化设计；Inventor软件对制造业中斯特林发动机的设计进行了仿真，并提出了优化方案；Inventor软件在钳工培训和CNC加工课程中的应用；Inventor软件在机械基础云课堂中建立各种机构模型，通过展示模型讲解课程知识；Inventor软件的应用价值，但缺乏课程案例支持；基于Inventor软件Animation的表达式视图模块做了一个齿轮传动仿真，该方法虽然操作简单但形式单调，不适合教学。
针对上述问题，文章将Inventor软件引入教学，以“手摇砂轮”为例，设计了机械基础课程的教学应用。
机械基础课程主要分为三个模块：机械零件、机械传动和机械原理。
在机械零件模块中，手动砂轮是一个典型的部件，通过Inventor软件对其建模可用于齿轮机构教学；机械传动模块中，重点内容为齿轮传动，可利用Inventor软件的动画设计功能对手动砂轮进行移动及拆卸仿真设计进行讲解；机械原理模块的难点在于理清机械力，结合Inventor软件的应力分析功能，对手动砂轮中齿轮机构的受力进行分析，以便以形象的形式探索齿轮的作用力，降低教学难度。
1手摇砂轮的建模齿轮机构是机械基础课程中的重要难点内容。
Inventor机械设计实战教程 元分析功能应用
AIP2008 实战教程–17第17章有限元分析1. 基本情况这是集成在Inventor中的，著名的ANSYS公司的有限元分析模块（Stress Analysis）的子集。
它的应力分析功能是在Inventor零件环境（普通零件、钣金零件）的模型上使用添加工况后，计算应力应变、估算安全系数和频率特性…大致功能如下：♦零件的应力分析或自振频率分析；♦可加载力、压强、轴传力、扭矩或重力，到模型的点、面、边或体；♦可添加各种约束到模型上；♦可按应力、应变、安全系数或自振频率模式，进行分析计算并显示结果；♦可改变模型几何结构或分析条件，重新计算分析；♦创建出可保存为 HTML 格式的完整的分析结果报告。
CAD软件中能进行的应力分析，会很明显地支持设计过程中对零部件形状、尺寸、材料的确认和选择。
也就是，在工作状况确定的条件下，配凑得到最为合理的结果，把材料用到应当用到的部分，杜绝傻、大、粗的不良设计。
进而，可能减少许多过去需要进行的台架试验，节省成本，提高可靠性。
分析结果，作为定量分析，所得到的是近似值；作为定性分析，其结果是相当满意的。
2. 有限元分析的基本知识有限元分析是一种求解工程问题的先进的数值计算方法，应用范围相当广泛。
它将一个工程系统(例如一个零件)，由连续系统转换成有限元系统(离散系统)，使数学问题大大简化，但计算量却很庞大。
这种计算方法简单、精度高、通用性强而计算量又很大的工作最适于计算机干。
有限元系统由节点和元素(即通常说的单元)组成。
节点是工程系统的一个点的坐标位置，它具有物理意义的自由度，自由度可以是位移、温度(热分析)、电压、压力(流力分析)、磁位能(磁分析)等，视不同类型的问题而定。
节点又是施加集中力的位置，如施加力、力距、热流、温度等。
元素是节点与节点连接而成，不同特性的工程系统，选用不同类型的元素，ANSYS提供一百多种元素。
也就是说有限元分析把连续的工程系统离散化为节点，而它的几何外形确与原工程系统相同，节点愈密愈接近原工程系统，计算的精度也愈高，当然计算量也就愈大。
机械零件的应力分析与优化
机械零件的应力分析与优化一、引言机械零件是机械设备中不可或缺的组成部分，其性能直接影响整个机械系统的工作效率和可靠性。
在机械设计中，应力分析和优化是关键的步骤，旨在确保零件在工作过程中能够承受所受力的作用而不发生失效。
本文将探讨机械零件的应力分析与优化方法，以提高零件的可靠性和使用寿命。
二、机械零件的应力分析1. 应力的定义与分类应力是指物体内部的分子间相互作用力，其中包括正应力和剪应力。
正应力是指作用在物体内部的垂直于该物体上表面的力，而剪应力则是作用在物体内部并沿着该物体表面切线方向的力。
2. 应力分析的方法应力分析的方法主要有数值方法和解析方法。
数值方法包括有限元分析和计算流体力学方法，它们通过将零件分为离散的小单元进行计算来获得零件的应力分布情况；解析方法则是通过利用数学方程来计算零件的应力。
在实际应用中，两种方法常常结合使用，以提高分析的准确性。
三、机械零件的应力优化1. 材料的选择材料的选择是机械零件应力优化的基础，不同材料的力学性能差异较大。
在选择材料时应考虑零件所处的工作环境、所需的强度和刚度，并进行材料的强度、硬度和韧性等性能测试。
2. 优化设计优化设计是指通过改变零件的结构、几何形状和尺寸等参数来改善其受力性能。
在进行优化设计时，应根据零件的实际应力情况和工作条件，选择合适的优化算法和方法，并利用计算机辅助设计软件进行模拟和分析。
3. 孔孔洞、圆弧和圆角的设置在机械零件的设计过程中，合理设置孔洞、圆弧和圆角等局部结构可以有效减小应力集中，提高零件的承载能力和抗疲劳性能。
通过增加孔洞的数量和分布，可以均匀分散载荷，减小应力集中；在连接部位设置圆弧和圆角，则可以避免应力的集中并减小应力的大小。
4. 表面处理技术表面处理技术是提高机械零件抗疲劳性能和耐腐蚀性能的有效手段。
通过采用化学镀、电镀、喷涂等技术来改善零件的表面质量，可以减少表面裂纹的发生和扩展，从而提高零件的使用寿命。
四、案例分析以某零部件为例，经过应力分析和优化设计后，将性能提升至过去的三倍。
Autodesk Inventor运动仿真模块基础
Autodesk Inventor运动仿真模块基础作者：暂无来源：《智能制造》 2014年第11期撰文 / 欧特克软件（中国）有限公司丁旭东袁双喜仿真工具已经越来越广泛地集成到产品的设计阶段。
基于刚体动力学的Inventor运动仿真模块为广大产品设计人员所采用。
本文在对该模块的功能进行简单介绍的基础之上，采用一个凸轮顶杆机构作为案例，将基于动量守恒定律的理论值与软件模拟计算值进行对比，验证了该模块的可靠性和实用性。
Autodesk是世界领先的设计软件和数字内容创建公司，用于建筑设计、土地资源开发、生产、公用设施、通信、媒体和娱乐。
Autodesk于2005年收购了Solid Dynamics，并将其移植到Inventor 环境中，同时在Inventor环境中命名为Dynamic Simulation。
有了这样的仿真设计就不需要用在设计阶段去大量构建物理模型了。
接下来，我们向大家介绍Inventor Dynamic Simulation(运动仿真)的基本用法。
一、功能介绍运动仿真是基于运动学、动力学、固体力学和机械工程学等多门学科的综合应用。
1. 连接在运动仿真中，机构装置的运动是由零件和子装配通过连接来定义运动机理的。
连接是一个装配中构件（零件或子部件）之间的关系。
它确定在一个机理中构件相互之间如何运动或者相互作用。
在Inventor中，提供了非常丰富的连接库，除自动转换装配约束标准连接外，用户可以手动产生基于连接库中的类型连接。
具体的连接类型有：标准连接；滚动（传动）连接；滚动连接；二维接触连接和力连接。
2.驱动机理由连接建起来后，机理的运动方式也就定义好了。
接下来，我们开始定义驱动条件。
在实际工程机构中，机理的运动或者驱动因素可以有很多种，常见的有机械的电动的等等。
而机理是否运动，运动的快慢、运动的时间长短等，是由机理受到的外界作用和连接的物理性质等因素共同决定的。
我们可以通过下面两个方式来定义仿真环境的驱动力。
iNVENTOR 运动仿真分析
第（一）1章运动仿真本章重点应力分析的一般步骤边界条件的创建查看分析结果报告的生成和分析本章典型效果图1.1机构模块简介在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。
对于提高设计效率降低成本有很大的作用。
Pro/engineer中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。
PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanismdesign（机械设计）和Mechanism dynamics（机械动态）两个方面的分析功能。
使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。
并可以观察并记录分析，可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。
也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。
使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。
可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。
如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。
1.2总体界面及使用环境在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。
系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。
下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。
用户既可以通过菜单选择进行相关操作。
也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。
基于Inventor应力分析标准化零部件的优化设计探究
0引言各种标准化零部件在设备设计时被大量而频繁地采用，如螺纹紧固件、滚动轴承、油杯和支座等，这些标准化零部件一般参变量多、规格品种齐全，其结构、尺寸可在有关标准中直接查取，因而大大方便与简化了设计过程。
由于受其几何参数多且相互间的制约关系复杂、标准建立时实验与研究条件的限制等诸多因素的影响，致使现行零部件标准中的结构尺寸设置不尽完备合理。
利用集成于Inventor中的应力分析模块，通过对A型耳式支座（JB/T4725－1992）的标准结构进行有限元分析并找出问题，再对其有关参数进行优化设计，以期该标准部件的系列参数的设置更科学、使用成本更低。
1支座的参数化造型尽管A型耳式支座是由若干块板经焊接而组成的部件，只有将其按零件来建模，才能满足Inventor系统的“应力分析功能必须在零件环境中进行”的要求。
在创建A型耳式支座的过程中，系统会把添加于图中的约束尺寸以及创建有关特征（如拉伸、镜像等）时所产生的尺寸，自动添加到“fx参数”表中，并按特征创建的先后顺序，将模型参数命名为d0、d1等。
不过设计者可以将这些参数名称进行修改、重新命名。
为了与标准对照方便起见及便于识别，此时即可将参数名称尽可能地修改成与标准中的一致，如：b1、s1、δ1等。
对于能用函数表达式表达的参数，在模型[参数]的“表达式”栏中，要尽量输入由Inventor 所能识别的语法和所支持的数学运算符等构成的函数表达式。
如图1中“表达式”栏的L1/2及H1－δ1等，以便将其参数表达为变量的函数，从而有利于系列化模型的快速生成。
图1参数表名称及表达式修改2应力分析工作流程支座零件创建完成后，切换到应力分析环境中，首先“指定材料”。
设计选取Q235A型碳素结构钢作为支座的材料。
但由于系统现有材料库中并未提供此材料的样式，因此需要自定义材料。
单击“管理”＞“样式和标准”面板＞“样式编辑器”选项，打开[样式和标准编辑器]对话框，展开左侧材料项，在其中选定相近的现有材料，便可激活“新建”按钮，创建名称煤矿机械Coal Mine Machinery Vol.31No.08 Aug.2010第31卷第08期2010年08月基于Inventor应力分析标准化零部件的优化设计探究*王小玲(武汉纺织大学机电学院，武汉430073)摘要：利用Inventor对标准支座进行参数化造型及应力分析，找出应力集中的部位。
Inventor中级教程-应力分析[参考]
![Inventor中级教程-应力分析[参考]](https://img.taocdn.com/s3/m/2c7a7b5132687e21af45b307e87101f69e31fb1d.png)
逗号 隔开
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拖动 参看
完成分析设置，在工具栏中单击 ，启动分析。 打开设计约束表，拖动标尺即可参看不同分析结果的对比。
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对模型进行应力分析，并改良设计达到原始条件中最小安全系数 和最大变形的要求。
弹簧接触 在两个面之间创建等效弹性。定义法向刚度和切向刚度。
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加载完相应的工况后，即可投入分析计算。在工具栏中单击 ， 启用应力分析计算。
进行过程中，将显示分析警告提示框，并实时显示处理的进度。
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分析计算完成后，Inventor使用“云图”效果和图例条来表达 分析结果
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分析完成后存盘，会创建一个与文件同名的文件夹，其中包括 应力分析的信息。
在零件环境下，浏览器也会多一个“附加信息”节点，显示链 接的文件。
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在工具面板中单击 ，启动应力分析设置。 选择分析类型中“静态分析”。 设计目标选择为“单点”。
分析类型
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创建模态分析，设置分析的频率范围及“阶”数。
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分离接触 滑动时将接触面部分分离或完全分离
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滑动/无分离 以正垂于面的方向粘合接触面，同时在变形时滑动。
22 / 42
分离/无滑动 部分分离或完全分离接触面，而彼此间无滑动。
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热压配合 在初始的零件交叠的情况下，接触面之间的初始距离为负值。
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优化目标设置，分析过程中按照不同工况组合进行分析。 点击“参数化表”工具，弹出设计约束表。
Inventor装配件应力分析
Inventor 装配应力分析关于本教程仿真部件的结构静态行为以进行分析。
类别分析所需时间35 分钟使用的教程文件analyze-2.iam应力分析环境是部件、零件、钣金和焊接文档中的一种特殊环境。
该环境有专用的命令。
我们使用应力分析中的“从分析中排除”功能分析部件的子集。
根据需要由模型的物理行为更改接触类型。
调整网格设置以更准确地获得模型的几何图元。
目标∙创建仿真。
∙根据需要评估和指定材料。
∙添加载荷和约束。
∙识别接触条件。
∙创建网格。
∙运行仿真。
∙查看并解释结果。
快速入门开始时，我们打开要分析的部件。
在 Autodesk Inventor 已激活并运行，但没有打开任何模型的情况下，进行以下操作：1.单击快速访问工具栏上的“打开”命令。
2.将项目文件设置为Tutorial_Files.ipj3.选择“部件FEA 1”“analyze-2.iam”。
4.单击“打开”。
5.将文件保存为其他名称，例如：analyze-2_tutorial.iam应力分析环境我们准备进入应力分析环境。
1.在功能区上，单击“环境”选项卡“开始”面板“应力分析”。
2.在“管理”面板上单击“创建分析”命令。
将显示“新建分析”对话框。
这些设置使您可以通过指定唯一名称、单个点或驱动尺寸设计目标和其他参数来量身打造仿真。
注意在“模型状态”选项卡中，指定用于分析的“设计视图”、“位置”和“详细等级”。
每个仿真的设置可以不同。
3.单击“确定”，以接受该仿真的默认设置。
浏览器中填充了部件的装配层次结构和分析相关的文件夹。
功能区面板中的大多数命令现在都启用以供使用。
当满足禁用命令的使用条件时，可启用它们。
将零部件排除在外可以将不受仿真影响或其功能由约束或力仿真的零部件排除在外。
我们将从该仿真中排除以下零件：∙控制柄∙螺杆∙SHCS_10-32x6排除这些零部件的步骤：1.展开analyze-2_tutorial.iam浏览器节点。
2.在“控制柄”上单击鼠标右键，然后单击“从分析中排除”。
Inventor+零件模态与应力分析优化设计
分析 1:关于本教程模态分析。
类别分析所需时间20 分钟使用的教程文件PivotBracket.ipt您将创建两个仿真：零件的模态分析和同一个零件上的参数化结构静态分析。
“模态分析”教程会引导您了解为零件定义和执行结构频率分析或模态分析的整个过程。
分析将生成自然频率（特征值）和对应的振型，我们可以在教程结束时查看和解释这些内容。
第二个仿真是对同一个模型的参数化分析。
参数化分析将更改设计参数以更新几何图元，并评估设计案例的各种配置。
我们将执行结构静态分析，目的在于最小化模型重量。
目标创建仿真以进行模态分析●使用其他材料替代模型材料●指定约束●运行仿真●查看并解释结果打开用户模型分析的模型让我们先从模态分析仿真开始入门。
1. 在快速访问工具栏上，单击“打开”命令。
2. 如果尚未设定项目文件，请将其设定为 Tutorial_Files.ipj。
3. 选择名为 PivotBracket.ipt 的零件模型。
4. 单击“打开”。
进入应力分析环境应力分析环境是启用模型相关的专业化活动的若干 Inventor环境中的一个。
在此情况下，该环境整合了执行零件和部件应力分析的命令。
进入应力分析环境并启动仿真的步骤：1. 在功能区栏中单击“环境”选项卡。
将显示可用环境列表。
2. 单击“应力分析”环境命令。
3. 单击“创建分析”。
4. 将显示“创建新仿真”对话框。
指定名称“模态分析”。
5. 在“分析类型”选项卡中，选择“模态分析”。
6.将其余的设置保留当前的状态，然后单击“确定”。
将启动新仿真，且浏览器内将填充与应力分析相关的文件夹。
指定材料对于要分析的任意零部件，请检查材料以确保已定义材料。
某些 Inventor 材料没有“仿真准备就绪”特性并且在仿真中使用它们之前进行修改。
如果使用定义不充分的材料，则会显示一条消息。
修改材料或选择其他材料。
您可以在不同仿真中使用不同的材料，并在报告中比较结果。
指定其他材料的步骤：1. 在功能区栏中的“材料”面板中，单击“指定材料”。
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磨摇臂总成强度的薄弱环节。 Nhomakorabea& ' ( ) " # $ %
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图１
１２ 摇臂叉在研磨系统的作用 摇臂叉是摇臂总成的重要构件，它连接着上摇
臂和液压系统。莱歇煤磨液压系统是主动加载可以
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《计量与测试技术》２０１９年第 ４６卷第 ６期
实时调节。摇臂叉的主要作用力是来自于液压加载 系统主动加载力，同时可以承受不稳定冲击。而摇 臂叉则是摇臂总成的重要组成部分。由于煤磨需要 连续运转，摇臂叉的稳定工作对研磨系统有着至关 重要的作用，关系到磨机能否正常运行。 １３ 摇臂叉的工况分析
如图 ２所示，工作时磨辊将物料压在料床上，所 以磨辊自重由磨盘承受。液压缸的加载力直接作用 在摇臂叉上，摇臂叉连接上摇臂连接磨辊。研磨的 任意时刻，摇臂和摇臂叉相对静止，所以摇臂叉上方 的四个涨紧套变成固定端。这时，煤磨摇臂叉的主 要受力就是来自于液压杆的加载力。
图 ２ 液压系统安装图
２２ 摇臂叉的受力计算 油缸工作时候的压力是由负载决定的，物理学
１ 概述 １１ 煤磨摇臂叉
摇臂总成主要由上摇臂、摇臂叉、锁紧盘、缓冲 装置、轮毂等组成。煤磨摇臂叉是摇臂总成的一部 分，也叫作下摇臂。它和以往的水泥磨或矿渣磨的 摇臂叉有所不同（如图 １所示），传统摇臂叉上部由 孔和摇臂固定上摇臂，但是煤磨摇臂叉是通过铸件 的接耳与轮毂连接，然后通过轮毂上锁紧盘与上摇 臂固定。摇臂总成受力部件中，上摇臂是接近实心 的铸件，圆柱段直径 １９０ｍｍ强度足够；但是摇臂叉 的形状不规则且有薄壁的接耳，摇臂叉的强度是煤
莱歇煤磨的标准设计是煤磨配一定模数的磨 辊，即可达到标准的产能。普通设计的摇臂叉的受 力状态是可以保证标准能力下的生产要求。可是现 在市场竞争激烈，如何使用相同的磨型来达到更高 的产量才是最终目标和客户的需求。所以我们针对 国内客户的需求，对磨机进行优化设计，其中一个方 面是增大磨辊的大小和液压系统的增大。这样可以 在相同磨型达到提高产量的目的。另一个方面是原 设计摇臂叉能否经受得住负载的增大。原设计的磨 辊重量增加了 ２吨，液压缸也由原设计的 ＨＹＤ－ ３００／１４０－２１０变成了 ＨＹＤ－３５０／１４０－２４５。负载 的增大对摇臂叉的强度有多少影响，安全系数有多 少就是我们需要研究的问题。 ２ 摇臂叉的受力分析与计算 ２１ 摇臂叉的受力分析
ＳｔｒｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＲｏｃｋＡｒｍ ＦｏｒｋＢａｓｅｄｏｎＩｎｖｅｎｔｏｒ
ＹｕＫａｉｒｕｉ ＷａｎｇＷｅｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃｏａｌｍｉｌｌｒｏｃｋａｒｍｆｏｒｋｗｈｅｎｔｈｅｌｏａｄｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅｒｏｃｋａｒｍ ｆｏｒｋｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｔｈｅｃｏａｌｇｒｉｎｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｓｓｔｒｅｎｇｔｈｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｉｌｌｔｏｗｉｔｈ ｓｔａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｌｏａｄ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｌｉｆｅ．Ｉｎａｃｔｕａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｏｃｋａｒｍｆｏｒｋｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｏａｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ａｎｄｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅａｃｔｉｖｅｌｏａｄｉｎｇｆｏｒｃｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｔｏｔｈｅｇｒｉｎｄｉｎｇｒｏｌｌｅｒｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｏｃｋａｒｍ ｆｏｒｋｔｏｇｒｉｎｄｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｉｚｅｓｗｉｌｌｐｒｏｄｕｃｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅａｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｃｏｕｎｔｅｒａｃｔｅｄｂｙｔｈｅｒｏｃｋａｒｍ ｆｏｒｋｔｏｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒａｂｓｏｒｂｓ ｔｈｉｓｒｅａｃｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅａｃｔｕａｌｌｏａｄｏｆｔｈｅｒｏｃｋａｒｍｆｏｒｋｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｇｒｉｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｒｍ ｆｏｒｋｉｓｕｓｅｄｆｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒ． Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｕｉｄｅｓｔｈｅａｃｔｕａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｏｃｋａｒｍｆｏｒｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｃｋａｒｍ ｆｏｒｋ；ＩＮＶＥＮＴＯＲ；ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ；ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｅｓｉｇｎ
力的压力等于力除以作用面积（即 Ｐ＝Ｆ／Ａ）由机械 设计手册可知：Ｆ＝Ｐ×Ａ。
于铠瑞等：基于 ＩＮＶＥＮＴＯＲ的摇臂叉的应力分析
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基于 ＩＮＶＥＮＴＯＲ的摇臂叉的应力分析
于铠瑞 王 文
（上海大学机械工程与自动化系，上海 ２００４４４）
摘 要：本文是研究煤磨摇臂叉在负载增大时的强度问题。摇臂叉是煤磨研磨系统的重要组成部分，其强度直接决定磨机承受负载冲击的能 力大小，使用稳定性和寿命。在实际运行中，摇臂叉连接着液压加载系统和的磨辊，液压系统提供主动的加载力，通过摇臂叉传递给磨辊，对物 料进行研磨。物料大小不一会产生不同的反作用力，通过摇臂叉反作用于液压系统，蓄能器吸收这部分反作用力。本文通过力学分析计算出 摇臂叉的实际载荷大小，使用 ＩＮＶＥＮＴＯＲ对立磨摇臂叉进行结构建模、受力分析，核算安全系数；应用软件仿真指导实际建模和摇臂叉构造改 进，优化产品设计。 关键词：摇臂叉；ＩＮＶＥＮＴＯＲ；应力分析；优化设计 中图分类号：Ｏ３ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４６０４０３０ ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４－６９４１．２０１９．６．０１８