基于平转浸出器传动轴的ANSYS的有限元分析

姜云宽

(辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 118009)

科技与应用

基于平转浸出器传动轴的ANSYS的有限元分析

姜云宽

(辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 118009)

通过对平转浸出器传动轴进行ANSYS有限元分析，对其进行了强度校核，验证了传动轴工作状态的应力应变情况。从分析的结果可以确定传动轴的危险截面，可以看出传动轴主要受到齿轮径向力和减速机端扭矩的作用在危险截面处形成的过大应力，导致发生形变。结合有限元分析结果，对浸出器传动系统的结构进行了改进，改善了传动轴材料和生产工艺。

平转浸出器传动轴；ANSYS；有限元分析

浸出器是油脂加工企业生产线上的核心设备，其作用是将油料中的油脂与油料分离。1919年德国人Bollman设计的第一台连续操作的直立篮斗式浸出器问世。之后又出现了如U形螺旋式浸出器、塔式浸出器、盘式浸出器、水平篮斗式浸出器等多种连续式浸出设备。但是这些浸出设备在技术性能和技术指标等方面都有某些不足之处。目前，浸出设备又向适应于大型化方面发展，最受推崇和应用最多的是环形浸出器和平转浸出器。

1 ANSYS软件介绍

ANSYS软件由美国ANSYS公司出品，目前是世界CAE行业中的最大公司。ANSYS的技术涵盖了多个学科领域。不论是需要结构分析、热力、流体、显式分析、电磁学、系统仿真还是需要数据管理，ANSYS的产品均能为满足要求。在ANSYS所能提供的工具的广度及数量上均可堪称是绝无仅有。ANSYS软件可以实现高效的工作流程，具有开放性和适应性等特性。

2 平转浸出器传动轴建模

采取拉伸和布尔运算的方法，利用UG软件生成建模。传动轴在机械中常用来传递动力和扭矩。创建传动轴时，首先是生成传动轴的一端轴径，然后根据图纸的尺寸依次进行拉伸，生成其他轴径，接着设置基准面，创建键槽，并进行相应的倒角操作(图1)。

图1 传动轴建模图

3 平转浸出器传动轴加载

将UG图纸输出为格式x＿t,将图纸存成国际通用的IGES格式，并将此文件用ANSYS打开。划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，所划分的网格形式将直接影响计算精度和计算规模。本文对其进行尺寸控制的方法划分，并对其局部进行加密处理。网格模型共含有64292个节点，35788个单元。材料与边界条件选择：根据现有传动轴材料45钢，其抗拉强度为980MPa，屈服极限为785MPa，密度为7．85e+03kg/m3，杨氏模量为210GPa，泊松比为0.28，切变模量为82.03GPa，选中主轴两端面，并设置其在x、y、z方向的自由度均为0(图2)。

图2 将iges加载到ansys软件

4 平转浸出器传动轴工况设置

为方便计算分析，实现快速有效地求解，在研究过程中引入如下假设：

(1)将模型理想化(忽略实际加工制造中可能存在的各种误差和影响因素)；

(2)设备内部的液体压力远远大于密封部件的重力，故忽略密封部件的重力影响；

(3)压力处理设备在实际的工作时，容器壁与端盖由于所选材料的弹性模量与金属密封圈相比相对较大，受到的内压作用产生的整体变形是相当微小的，故忽略其变形。视在工作状态下，根据轴承和轴的配合公差设置条件(图3)。

图3 设置工作条件

5 平转浸出器传动轴求解

定义完所有的边界条件以后，对有限元模型进行求解。分析过程(如图4.1)。静力学分析的目的是在设定边界条件下得到传动轴的的总体变形、等效von-Mises应力和等效应变的结果，如图(4.2，4.3)所示，

图4.1 分析计算

图4.2 传动轴的形变效果图

得到计算结果为，最大应力为121.87MPa,主传动轴产生的最大变形X轴方向为0.43856mm，Y轴0.0063014mm,Z轴0.0061218mm,总变形为0.46214mm，其发生的最大变形位于传动轴和小齿轮、轴承等相结合的部位。与理论计算的传动轴易产生变形部位相一致，与设备实际使用中易损部位也一致。

图4.3 传动轴的应力效果图

6 结语

对平转浸出器传动轴进行ANSYS有限元分析，验证了传动轴工作状态的应力应变情况，从分析的结果可以确定传动轴的危险截面，可以看出传动轴主要受到齿轮径向力和减速机端扭矩的作用在危险截面处形成的过大应力，导致发生形变。最后，结合有限元分析结果，对浸出器传动系统的结构进行了改进，增加了压轮机构，改善了传动轴和齿轮的材料和生产工艺。

[1]张伟春. 关于平转浸出器设计的几点建议[J]. 中国油脂,2003(12):40-41.

[2]丛基庆,张伟春,张雷. 平转浸出器传动系统整体改造[J]. 中国油脂,2005(06):18-19.

[3]赵凯,曾亿山,牛家忠. 基于ANSYS Workbench的前轴分析和优化设计[J]. 机械工程与自动化,2015(02):53-55.

(责任编辑：孙 强)

Finite Element Analysis of ANSYS Based on Horizontal Drive Shaft

JIANG Yunkuan

(Liaoning Electromechanical Vocational and Technical College, Dandong, Liaoning 118009, China)

Based on the rotocel transmission shaft of ANSYS finiteelement analysis, this paper checks its strength, verifies the working state of the transmission shaft stress and strain. From the results of the analysis can determine the dangerous section of the driving shaft, we can see that the stress is mainly affected by the transmission shaft gear reducer radial force and end the torque of the role in the formation of dangerous section, causing deformation. According to the results of finite element analysis, the structure of leaching drive system has been improved, to improve the production process and material transmission shaft.

horizontal drive shaft; ANSYS; finite element analysis

2017-03-06

姜云宽(1982-)，男，辽宁丹东人，机械工程系讲师，主要研究方向为机械自动化及实践加工。

TG375

A

1671-4385(2017)02-0099-03