基于ANSYS workbench的装卸料机小车车轮轴的优化

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轴--作为支承传动的重要支承零件，正向重载、高速和轻质方向发展，车轮轴作为起重机械的关键零部件对整个设备的运行起到了关键的作用。车轮轴的失效给生产带来了很大的经济损失 J。，所以对车轴进行优化设计对降低成本、减轻重量、提高经济效益有重大意义。 在以往的车轮轴的失效中，主要的失效形式是疲劳断裂。引起失效的主要原因有材质欠佳、使用不当、结构设计、加工缺陷pJ。其中结构的设计又是重要的-环。本文主要通过Pro/E建摸，利用ANSYS workbench对结构设计中的过渡圆角和质量进行优化，找出最佳方案。

有限元分析 (FEA)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解，是现代设计的必要手段∩以获得设计的参变量结构响应之间的某种关系，还可以利用软件提供的可视化技术实时地观察计算分析的结果，而利用这些信息就可以对结构进行优化4J。

1车轮轴模型的建立ANSYS可以与Pro/E相联系∩以利用专用接口将Pro/E设计的模型无缝导入到Workbench中，并且元素基本不会损失 。该车轮轴的主要尺寸如图1所示，所建立的三维模型如图 2所示。

收稿 日期：2013-O4-26作者简介：向军 (1967-)，男，湖南衡阳人，主要从事运输机械产品研究。

雌- I 船 ，- 5瞄 · 、；厂 l、 l -- 罅1 n 醣 ###2%图 1车轮轴的二维图Fig.1 2-D diagram of axletree图2 车轮轴的三维模型Fig.2 3-D model of axletree2 有限元模型的建立2.1网格 划分首先定义材料，选用 45钢，调质。其弹性模量为2.09 x 10 MPa， 泊松比 0.269，屈服强度 355MPa。其91 优化结果其次得出车轴的质量、变形、等效应力随过渡圆角的变化的变化曲线，如图8-1O所示。

器 5 176Z品 5.1755 174： l l l fi ； k 二 l- I - 2 3 2 4 2 5 2 6 2.7 2 8 2 9 3 3 1 3 2P1.XYPlaneR16图 8总的质量随圆角的变化图Fig.8 Total mass changes along with filet radius瞰 I- l DeIb rm M毒I时-，；l；ll - l l l l l l l I2.3 2 4 2 5 2.5 2.7 2日 2.9 3 3.1 3.2P1-XYPIane.R16图9总的变形随圆角的变化图Fig.8 Total deformation changes along with filet radius i ! OOEliht3 ； l ! l i 向 ·5呵Oivan slH量 faximhm ～ - - j-～ l -。 -j～ u u u -l ! j l ；l ； ：； i l ～ ～ - -- --～ l j ” ～--. ； -j J L - j- ，- - 。

1 -l 1 - l i l j：l l ； I ，l ㈠ ： i；2 24 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 j j1 了2p1.XYPIaneR16图 1O总的应力随圆角的变化 图Fig.8 Total Equivalent Stress changes along with filet radius图6-8中黑色的方型点为设计点，由图6可以看出车抽的质量随着圆角的变大而增大；图 7显示当圆角为2.25-2.5mm时，总的变形最小当R>2.5mm时变形随这圆角的增大而增大；图8中的设计点比较离散，说明等效应力随着圆角的变化变化较大，当R2.5mm时，应力最校再将左侧轴肩处的倒圆角改为 2.5▲入 Design Modeler建模，然后对改进后的模型进行静力分析。两个过渡圆角的分析对比如下：表 1参数改变前后的数据对比Table 1 Data comparison从对比中可以看出，将圆角改为 2.5mm 后，质量和总变形均有减少，等效应力减少最多，为 15.26MPa。所以，此次修改方案具有实际意义。

5 结论有限元法对各类零件的优化有重要的意义，本文用pro/E建立了车轮轴的三维模型，用ANSYS workbench对其进行了静力学分析，并以过渡圆角为目标函数进行了优化。当过渡圆角为2.5mm时，为最优方案。