(精品論文)畢業(yè)論文：液壓油泵虛擬裝配及部件有限元分析

摘 要 YOTCHP8756 液壓油泵是大連液壓機械廠的主要產(chǎn)品之一。它的工作效率和容積效 率都比較高，可以廣泛應用于很多場合。但該廠產(chǎn)品開發(fā)手段基本是傳統(tǒng)的串行方法， 設(shè)計試制出原型樣機，然后測試、驗證并分析它們，但是由于工程師設(shè)計出產(chǎn)品，往 往要經(jīng)過多次反復的試制才能成功進入市場，產(chǎn)品開發(fā)時間長；在對設(shè)計大型、復雜 程度較高的產(chǎn)品時，由于設(shè)計手段及生理因素的限制，設(shè)計易出錯和人為疏漏，并缺 乏對產(chǎn)品的制造、裝配工藝性的預見，影響設(shè)計質(zhì)量；產(chǎn)品設(shè)計、制造費用高，產(chǎn)品 成本上升，缺乏市場競爭力。 通過使用虛擬裝配技術(shù)能夠更加真實生動的反應液壓油泵的裝配過程，為了能夠 了解在實際載荷下關(guān)鍵部位的變形和應力的情況還需要使用到有限元分析技術(shù)。 本次畢業(yè)設(shè)計是在 3ds max 軟件環(huán)境下對液壓油泵進行虛擬裝配動畫制作，通過 三維動畫生動的描述液壓油泵的裝配過程。同時在 HyperMesh 軟件下環(huán)境下進行單元 網(wǎng)格劃分和有限元分析，通過分析的結(jié)果真實反映出液壓油泵的軸受力及載荷的狀況。 關(guān)鍵詞：液壓油泵 虛擬裝配 液壓泵軸 有限元分析 Abstract The YOTCHP8756 hydraulic pressure pump is the main products of the Dalian hydraulic pressure machine factory. Its work efficiency and the capacity efficiencies are all high, and can be used in lots of situations. But the factorys products development is basic on a traditional method. first, they design manufactures as a prototype machine on a trial basis, then make the test、verify and analyze. Because engineers design the produces usually base on many times manufacture trial, only after the manufacture trial, the produces can succeed put into the market, it means the time of product developing is too long; Because of the design restrict and the physiology factor, then when they design the more large and complicated product, design would make mistakes and artificial careless easily, and lack the foresee of the product manufacture and assemble craft ,this can be a influence to design quantity; It also make more designing、manufacturing expense of the product, the products cost would be rising, then the produces lack the competition ability. Through the use of more realistic virtual assembly vivid response to hydraulic pump assembly process, in order to understand the key parts in the actual load of the deformation and stress of the situation also need to use finite element analysis techniques. The graduation project is the environment in 3ds max software, virtual assembly of hydraulic pump animation, animated by a vivid description of three-dimensional hydraulic pump assembly. While under the HyperMesh software environment for cell mesh and finite element analysis, reflected through the true results of Hydraulic pump shaft by the force and load conditions. Key words: hydraulic pressure pump virtual assemble Hydraulic pump shaft FEA 目 錄 引引 言言.3 第一章第一章 緒論緒論.4 1.1 液壓油泵的基本原理4 1.2 液壓油泵的發(fā)展情況4 1.3 YOTCHP8756 液壓油泵特點 5 1.3.1 液壓油泵的優(yōu)缺點5 1.32 該廠產(chǎn)品內(nèi)容簡介6 1.4 設(shè)計研究的內(nèi)容7 第二章第二章 相關(guān)軟件介紹相關(guān)軟件介紹.8 2.1 3DS MAX軟件介紹.8 2.2 HYPERMESH軟件介紹8 2.3 ANSYS軟件簡介9 第三章第三章液壓油泵虛擬裝配液壓油泵虛擬裝配10 3.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬裝配簡介10 3.1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)10 3.1.2 虛擬裝配10 3.2 虛擬裝配的方案和步驟11 3.2.1 液壓油泵泵軸裝置裝配順序11 3.2.2 裝配動畫的具體步驟11 3.2.3 動畫生成 .14 3.3 液壓油泵虛擬裝配總結(jié) .15 第四章第四章 液壓油泵的軸有限元分析液壓油泵的軸有限元分析.16 4.1 有限元基本理論簡介 .16 4.2 有限元分析基本步驟 .17 4.3 液壓油泵的軸有限元分析主要步驟 .17 4.3.1 有限元網(wǎng)格的創(chuàng)建 .17 4.3.2 剛性單元的創(chuàng)建 .18 4.3.3 相關(guān)屬性的創(chuàng)建 .19 4.3.4 約束和載荷的創(chuàng)建 .19 4.3.5 工況的創(chuàng)建 .21 4.3.6 計算及結(jié)果分析 .21 4.4 有限元分析小結(jié) .26 結(jié)論與展望結(jié)論與展望.27 謝謝 辭辭.28 參考文獻參考文獻.29 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 3 引 言 我國液壓件生產(chǎn)起步較早， 20 世紀 80 年代后期，我國液壓組件的生產(chǎn)逐步市場 化，近幾年在主機行業(yè)的帶動下，發(fā)展速度加快，每年的增速都在 30%左右，現(xiàn)在已有 大小規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)廠家六百多家。 當前國內(nèi)對液壓泵的需求正在不斷地增長，不僅在數(shù)量上，而且還對其品種、質(zhì) 量和性能都有更高的要求。液壓泵產(chǎn)品由于應用廣泛，隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，是很 有潛在市場的機械基礎(chǔ)件產(chǎn)品?？梢蕴娲M口，節(jié)約外匯，并且還可以走出國門，為 國創(chuàng)匯。 YOTCHP8756 液壓油泵是大連液壓機械廠開發(fā)的主要產(chǎn)品之一。它的工作效率和容積 效率都比較高，可以廣泛應用于很多場合，也可組成高效的液壓傳動系統(tǒng)。 虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗證裝配設(shè)計和操作 的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對模型進行修改，并通過可視化顯示裝 配過程。除了虛擬裝配技術(shù)，在畢業(yè)設(shè)計過程中還應用到了有限元分析技術(shù),通過有限 元分析技術(shù)了解部件在實際載荷下的變形及應力情況，為檢驗設(shè)計是否符合標準提供 依據(jù)，而且為今后的生產(chǎn)和技術(shù)革新提供了技術(shù)支持。 本次畢業(yè)設(shè)計是對液壓油泵進行虛擬裝配動畫制作及其關(guān)鍵部件的有限元模擬仿 真分析。通過對液壓油泵虛擬裝配的動畫制作，可以使工廠維修人員對液壓油泵的實 際裝配過程有直觀的認識，使轉(zhuǎn)向架這類復雜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)清晰的展現(xiàn)，為接下來的分 析提供了幫助。通過對液壓油泵的軸的有限元分析可以了解在載荷下液壓油泵的軸的 變形及應力情況，為檢驗設(shè)計是否符合標準提供依據(jù)。 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 4 第一章 緒論 1.1 液壓油泵的基本原理 液壓傳動技術(shù)因其介質(zhì)對環(huán)境無污染、來源廣泛、價格低廉、節(jié)約能源、使用安 全、壓縮損失小、系統(tǒng)使用和維護成本低等一系列突出優(yōu)點,正好滿足了人們?nèi)找鎻娏?的環(huán)保要求,因而它具有十分廣闊的應用領(lǐng)域,如:冶金、井下作業(yè)、食品、制藥、海洋 開發(fā)、生物工程等行業(yè).液壓傳動技術(shù)涉及多個學科,是流體傳動與控制領(lǐng)域的前沿課 題,具有廣闊的發(fā)展前景. 齒輪泵的結(jié)構(gòu)和工藝在各類液壓泵中最簡單,并在價格、可靠性、壽命、抗污染以 及自吸能力（允許的吸油真空度）等方面都有很強的優(yōu)勢,因此在液壓傳動與控制技術(shù) 中,齒輪泵的應用占很大的比重,它廣泛應用于機床、輕工、農(nóng)林、冶金、礦山、建筑、 船舶、飛機、汽車、石化機械等機械產(chǎn)品的液壓系統(tǒng)中.但齒輪泵也有不少缺點,主要 是流量和壓力脈動較大,動態(tài)性能差,噪聲較大,排量不可變,高溫效率較低. 齒輪泵是液壓傳動系統(tǒng)中常用的液壓泵，在結(jié)構(gòu)上可分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩 類，外嚙合齒輪泵的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，制造方便，價格低廉，工作 可靠，自吸能力強，對油液的污染不敏感，維護容易。它的缺點是一些機件承受不平 衡徑向力，磨損嚴重，工作壓力提高受到限制。此外，它的流量脈動大，因而壓力脈 動和噪聲都較大。內(nèi)嚙合齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕，由于齒輪轉(zhuǎn)向相同，相對 滑動速度小，磨損小，使用壽命長，流量脈動遠比外嚙合齒輪小，因而壓力脈動和噪 聲都較小，內(nèi)嚙合齒輪允許使用高轉(zhuǎn)速（高轉(zhuǎn)速下的離心力能使油液更好的充入密封 工作腔） ，可獲得較高的容積效率。 1.2 液壓油泵的發(fā)展情況 我國液壓件生產(chǎn)起步較早， 20 世紀 80 代后期，我國液壓組件的生產(chǎn)逐步市場化， 近幾年在主機行業(yè)的帶動下，發(fā)展速度加快，每年的增速都在 30%左右，現(xiàn)在已有大小 規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)廠家六百多家。 當前國內(nèi)對液壓泵的需求正在不斷地增長，不僅在數(shù)量上，而且還對其品種、質(zhì) 量和性能都有更高的要求。液壓泵產(chǎn)品由于應用廣泛，隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，是很 有潛在市場的機械基礎(chǔ)件產(chǎn)品?？梢蕴娲M口，節(jié)約外匯，并且還可以走出國門，為 國創(chuàng)匯。 隨著科技的發(fā)展，納米技術(shù)的應用越來越廣泛，納米技術(shù)主要是發(fā)掘了材料本身 固有的一些隱含特性，有些特性可以降低或消除材料本省的一些弊端，并發(fā)揮出材料 本身所具有的一些卓越特性。液壓油泵產(chǎn)品行銷全國各地，做工精良，廣泛用于石油、 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 5 化工、油脂、食品、制藥、橡膠、塑料、紡織、印染、合成纖維、船舶制造、筑路養(yǎng) 路、木材加工、工程機械設(shè)備配套等行業(yè)公司。在密封行業(yè)中，密封材料的研究和開 發(fā)一直是行業(yè)的尖端技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)國內(nèi)外知名納米研究機構(gòu)的長期合作，成功開發(fā)出 了納米盤根系列，并向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請了發(fā)明專利，同時也開辟了盤根應用的新 領(lǐng)域，使盤根填料密封技術(shù)跨越性的提高，它的應用使設(shè)備的密封性能和使用壽命均 有顯著提高，并給用戶帶來可觀的經(jīng)濟效益。液壓油泵的結(jié)構(gòu)形式分為三種： 1.齒輪式 2.柱塞式 3.轉(zhuǎn)子式 液壓油泵與油馬達在使用過程中會發(fā)生故障,這些故障的發(fā)生頻率與日常使用維護 和保養(yǎng)的好壞有著密切的關(guān)系。為了能使其長期保持良好的工作狀態(tài)和較長的使用壽 命,除應建立和健全必要的日常維護保養(yǎng)制度,還應當防止使用過程中突發(fā)性事故的發(fā) 生。由于工況條件的不同，盤根填料的種類也非常的繁多。為了更好的區(qū)分和選用盤 根，我們通常按盤根填料的主體密封基材的材質(zhì)將盤根填料分為： 1.天然纖維類主要有天然棉、麻、毛等為密封基材的盤根。 2.陶瓷和金屬纖維盤根主要有：碳化硅盤根、碳化硼盤根、中堿玻璃纖維盤根等， 由于單一的纖維材料都或多或少存在一些材料本身所具有的缺點，采用單一的纖維來 編織盤根，由于盤根纖維間存在著空隙，容易也引起滲漏，同時有些纖維的自潤滑性 差，摩擦系數(shù)大，所以要浸漬一些潤滑劑、填充劑及特種添加劑等。來提高填料的致 密性和潤滑性，如：混有石墨粉的礦物油或二硫化鉬潤滑脂，還有滑石粉、云母、甘 油、植物油等，還有浸漬聚四氟乙烯分散乳液，并在乳液中加以適量的表面活性劑和 分散劑等。特種添加劑通常有鋅微粒、阻隔劑、鉬基緩蝕劑等等，來降低盤根填料對 設(shè)備的腐蝕。 3.礦物纖維類盤根 礦物纖維類盤根主要有石棉類盤根等 4.合成纖維類盤根 合成纖維類盤根主要有：石墨類盤根、碳纖維類盤根、聚四氟乙烯類盤根、 Kevlar 類盤根、亞克力夾硅膠型纖維盤根等。 1.3 YOTCHP8756 液壓油泵特點 YOTCHP8756 液壓油泵是大連液壓機械廠開發(fā)的液壓旋轉(zhuǎn)組件，是該廠的主要產(chǎn)品 之一。它是屬于內(nèi)嚙合齒輪泵，具有上述內(nèi)嚙合齒輪泵的特點，工作效率和容積效率 都比較高，可以廣泛應用于很多場合，也可組成高效的液壓傳動系統(tǒng)。 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 6 1.3.1 液壓油泵的優(yōu)缺點 和其他的液壓泵產(chǎn)品相比較，大連液壓機械廠生產(chǎn)的 YOTCHP8756 液壓油泵有以下 幾個優(yōu)點： 1產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性比其它同類產(chǎn)品高，使用壽命較長，是一個比較成熟的產(chǎn) 品。 2結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計以實用為最根本訴求。 3效率比其它產(chǎn)品高。 4傳動平穩(wěn)噪音低，可提高機器性能，改善操作者的勞動條件。 液壓油泵的缺點： 1在惡劣的環(huán)境下容易發(fā)生故障。 2由于生產(chǎn)設(shè)備的原因，該產(chǎn)品的工藝還不是很精湛。 1.32 該廠產(chǎn)品內(nèi)容簡介 該廠產(chǎn)品開發(fā)手段基本是傳統(tǒng)的串行方法，設(shè)計試制出原型樣機，然后測試、驗 證并分析它們，工程師設(shè)計出產(chǎn)品，往往要經(jīng)過多次反復的試制才能成功進入市場， 產(chǎn)品開發(fā)時間長，無法在縮短上市時間上取得實質(zhì)性的突破。而且傳統(tǒng)制造業(yè)在產(chǎn)品 設(shè)計、制造過程中存在以下問題： 1. 產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量不高、預見性差，主要表現(xiàn)在對設(shè)計大型、復雜程度較高的產(chǎn)品 時，由于設(shè)計手段及生理因素的限制，設(shè)計易出錯和人為疏漏，并缺乏對產(chǎn)品的制造、 裝配工藝性的預見，影響設(shè)計質(zhì)量。 2. 在傳統(tǒng)設(shè)計模式中，基本是串行的工作流程，設(shè)計、制造周期長，不能快速響 應市場。 3. 產(chǎn)品設(shè)計、制造費用高，產(chǎn)品成本上升，缺乏市場競爭力。由于設(shè)計中的錯誤 多數(shù)只有在生產(chǎn)、裝配中發(fā)現(xiàn)，返工和廢品增加成本;依靠物理原型機進行產(chǎn)品生產(chǎn)、 裝配、測試和更改設(shè)計，產(chǎn)品開發(fā)周期長，成本高，己不能滿足當前激烈的市場競爭 對產(chǎn)品開發(fā)的要求，企業(yè)急需根據(jù)自身特點，探索一種先進高效的設(shè)計方法和模式。 要解決上述問題，制造業(yè)必須從的設(shè)計手段和方法的研究著手，加強信息技術(shù)與 傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級。在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預防措施，從 而使產(chǎn)品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的目的，為企業(yè)全面 采用虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)設(shè)計產(chǎn)品，提供可行的流程和方法。 對該產(chǎn)品的所有部件進行三維立體建模，然后進行模擬裝配，用動畫的形式把裝 配過程最直觀生動的展現(xiàn)出來。 該液壓泵的非標準件有：泵隔板，泵軸，泵軸承，擋圈，隔離套，密封墊，密封 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 7 蓋板，內(nèi)轉(zhuǎn)子，偏心套，外轉(zhuǎn)子，油泵體，左泵蓋。標準件有：墊圈，螺釘，銷，半 圓鍵，鉚釘，螺堵，油封，鍵。 1.4 設(shè)計研究的內(nèi)容 本次設(shè)計主要由制作液壓油泵的虛擬裝配動畫和對液壓油泵的軸的有限元分析兩 方面內(nèi)容組成，具體任務(wù)內(nèi)容如下： 1. 學習掌握虛擬裝配的理論及基本方法。 2. 熟悉 3ds max 等軟件應用。 3. 使用 3ds max 軟件完成液壓油泵虛擬裝配動畫圖片的渲染。 4. 使用 Photoshop 及 Premiere 軟件將渲染的圖片制作成完整的動畫并添加字幕。 5. 熟悉 Hypermesh 及 Ansys 軟件的應用。 6. 使用 Hypermesh 及 Ansys 軟件完成對液壓油泵的軸的有限元網(wǎng)格劃分及施加載 荷約束并進行有限元分析。 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 8 第二章 相關(guān)軟件介紹 本次畢業(yè)設(shè)計需要使用到3ds max，HyperMesh及Ansys等軟件，本章內(nèi)容是對相關(guān) 軟件進行簡單介紹。 2.1 3ds max 軟件介紹 3ds max 是美國 Autodesk 公司的電腦三維模型制作和渲染軟件，是目前最流行的 三維動畫制作軟件，在電影、游戲、室內(nèi)設(shè)計等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應用。3DS 系列 軟件在三維動畫領(lǐng)域擁有悠久的歷史，在 1990 年以前，只有少數(shù)幾種可以在 PC 上可 用的渲染和動畫軟件，這些軟件或者功能極為有限，或者價格非常昂貴,或者二者兼而 有之。 作為一種突破性新產(chǎn)品，3d studio 的出現(xiàn)，打破了這一僵局。3d studio 為在 PC 機 上進行渲染制作動畫提供了價格合理、專業(yè)化、產(chǎn)品化的工作平臺，并且使制作計算 機動畫成為一種前人所不能的職業(yè)。后來隨著 Windows 平臺的普及以及其他三維軟件 開始向 Windows 平臺發(fā)展，三維軟件技術(shù)面臨著重大的技術(shù)改革。從 1993 年開始， 3d studio 軟件所屬公司果斷地放棄了在 DOS 操作系統(tǒng)下創(chuàng)建的 3d studio 源代碼，而開 始使用全新的操作系統(tǒng)（Windows NT） 、全新的編程語言（Visual C+） 、全新的結(jié)構(gòu) （面向?qū)ο螅┚帉懥?3d studio max。在 3d studio max1.0 版本問世后僅 1 年，該公司又 重寫代碼，推出了 3d studio max2.0。這次升級是一個質(zhì)的飛躍，增加了上千處的改進， 尤其是增加了 NURBS 建模、光線跟蹤材質(zhì)發(fā)及鏡頭光斑等強大功能，使得該項版本 成為了一個非常穩(wěn)定的三維動畫制作軟件，從而占據(jù)了三維動畫軟件市場的主流地位。 隨后的幾年里，3d studio max 先后升級到 3.0、4.0、5.0 一直到 9.0 版本，每一個版本 的升級都包含了許多革命性的技術(shù)更新。從 4.0 版本開始，所屬公司發(fā)生變化，由原來 的 Kinetix 變?yōu)橐粯拥?Discreet，3d studio max 的名稱也精簡為“3ds max”。 2.2 HyperMesh 軟件介紹 HyperMesh 是一個高性能有限單元前后處理器，讓工程師在高度交互及可視化的環(huán) 境下驗證各種設(shè)計條件。HyperMesh 的圖形用戶界面易于學習，并且支持直接輸入 CAD 幾何模型和已有的有限元模型，減少重復性的工作。先進的后處理工具保證形象地表 現(xiàn)復雜的仿真結(jié)果。HyperMesh 具有無比的速度，適應性和可定制性，并且模型規(guī)模沒 有軟件限制。 HyperMesh 主要特點如下： 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 9 1.通過高性能的有限元建模和后處理大大縮短工程分析的周期。 2.直觀的圖形用戶界面和先進的特性減少學習的時間并提高效率。 3.直接輸入 CAD 幾何模型及有限元模型，減少用于建模的重復工作和費用。 4.高速度、高質(zhì)量的自動網(wǎng)格劃分極大地簡化復雜幾何的有限元建模過程。 5.在一個集成的系統(tǒng)內(nèi)支持范圍廣泛的求解器，確保在任何特定的情形下都能使 用適用的求解器。 6.極高的性價比使軟件投資得到最好的回報。 7.高度可定制性更進一步提高效率。 8.用戶可以創(chuàng)建宏以自動運行一系列操作。 9.通過模板可以將 HyperMesh 數(shù)據(jù)輸出為其他求解器和程序可讀的格式。 10.通過增加個人的輸入轉(zhuǎn)換器，可以擴展 HyperMesh 對其他分析軟件數(shù)據(jù)的支持 11.應用提供的工具可以創(chuàng)建專用的轉(zhuǎn)換器，將特殊的分析結(jié)果轉(zhuǎn)化成 HyperMesh 結(jié)果格式。 12.HyperMesh 具有工業(yè)界主要的 CAD 數(shù)據(jù)格式接口。它包含一系列工具，用于整 理和改進輸入的幾何模型。輸入的幾何模型可能會有間隙、重疊和缺損，這些會妨礙 高質(zhì)量網(wǎng)格的自動劃分。通過消除缺損和孔，以及壓縮相鄰曲面的邊界等，可以在模 型內(nèi)更大、更合理的區(qū)域劃分網(wǎng)格，從而提高網(wǎng)格劃分的總體速度和質(zhì)量。同時具有 云圖顯示網(wǎng)格質(zhì)量、單元質(zhì)量跟蹤檢查等方便的工具，及時檢查并改進網(wǎng)格質(zhì)量。 2.3 Ansys 軟件簡介 Ansys 有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設(shè)計程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、 流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應用于以下工業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車 工業(yè)、生物醫(yī)學、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機械、微機電系統(tǒng)、運動器械等。 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。 前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有 限元模型； 分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析） 、 流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模 擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯 示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也 可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有 多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設(shè)備上，如 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 10 PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY 等。 第三章液壓油泵虛擬裝配 3.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與虛擬裝配簡介 3.1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 虛擬現(xiàn)實是利用計算機技術(shù)，對現(xiàn)實的運動進行模擬和聲像演示。 在虛擬機過程中，操縱者可以身臨其境地感覺到這個過程的運動情況，可以對設(shè) 備進行操縱，可以查看生產(chǎn)過程、實驗過程、施工圖過程、供應過程、物流過程等活 動的各種技術(shù)參數(shù)的動態(tài)值，從而確認現(xiàn)實的系統(tǒng)是否有能力完成預定的任務(wù)和如何 去完成，也可從中發(fā)現(xiàn)運動過程的缺陷和問題，予以改進。 典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有以下幾部分組成： 1.效果發(fā)生器。效果發(fā)生器是完成人與虛擬環(huán)境交互的硬件接口裝置，包括人們 產(chǎn)生現(xiàn)實沉浸感受到的各類輸出裝置，例如頭盔顯示器、立體聲耳機；還包括能測定 視線方向和手指動作的輸入裝置，例如頭部方位探測器和數(shù)據(jù)手套等。 2.實景仿真器。實景仿真器是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心部分，它實際上是計算機軟硬 件系統(tǒng)，包括的軟件開發(fā)工具及配套硬件組成，其任務(wù)是接受和發(fā)送效果發(fā)生器產(chǎn)生 或接收的信號。 3.應用系統(tǒng)。應用系統(tǒng)是面向不同虛擬過程的軟件部分，它描述虛擬的具體內(nèi)容， 包括仿真動態(tài)邏輯、結(jié)構(gòu)，以及仿真對象及之間和仿真對象與用戶之間交互關(guān)系。 4.幾何構(gòu)造系統(tǒng)。它提供描述仿真對象物理屬性，例如形狀、外觀、顏色、位置 等信息，應用系統(tǒng)在生成虛擬世界時，需要這些信息。 。 3.1.2 虛擬裝配 虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗證裝配設(shè)計和操作 的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)狀配中的問題，對模型進行修改，并通過可視化顯示裝 配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計人員考慮可行的裝配序列，自動生成裝配規(guī)劃，它包 括數(shù)值計算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作所模擬等?，F(xiàn)在產(chǎn)品的制造正在 向著自動化、數(shù)字化的反向發(fā)展，虛擬裝配是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個重要環(huán)節(jié)。 近幾年虛擬裝備(VA)技術(shù)在虛擬產(chǎn)品開發(fā)（VPD）技術(shù)和面向裝配的設(shè)計（DFA） 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展了起來。VPD 是虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在制造業(yè)產(chǎn)品開發(fā)方面的具體應 用。VPD 的實質(zhì)，就是在設(shè)計階段對產(chǎn)品從設(shè)計到制造業(yè)產(chǎn)品開發(fā)方面的具體應用。 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 11 VPD 的實質(zhì)，就是在設(shè)計階段對產(chǎn)品從設(shè)計到制造的全過程同意建模，并通過仿真技術(shù) 在計算機上對虛擬產(chǎn)品進行快速反復迭代，使生命周期內(nèi)的各個方面如產(chǎn)品性能，可 加工性，可裝配性，可維護性等達到均衡優(yōu)化。 1980 年，美國馬薩諸塞大學的 G.Boothroyd 和 P.Dewhurst 正式提出了面向裝配的 設(shè)計（DFA）這一概念，裝配自動化的迫切雪球式這一技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展的動力。隨著信 息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機軟件，硬件性能日益提高，為 DFA 的研究提供了更好的工 具和環(huán)境，CIMS 的深入，并行工程和虛擬制造（VM）的興起也為 DFA 的作用對象得以 拓展為涵蓋產(chǎn)品開發(fā)過程中與裝配相關(guān)的所有活動，集成化，并行化和擬實化石 DFA 研究發(fā)展的主要表現(xiàn)。 3.2 虛擬裝配的方案和步驟 3.2.1 液壓油泵泵軸裝置裝配順序 按照廠家提供的資料中工藝規(guī)程的要求，液壓油泵的安裝順序為：泵軸擋圈 泵軸承半圓鍵內(nèi)轉(zhuǎn)子外轉(zhuǎn)子偏心套隔離套泵隔板半圓鍵內(nèi)轉(zhuǎn)子外 轉(zhuǎn)子偏心套銷泵軸承油泵體左泵蓋墊圈螺栓密封蓋板墊圈螺栓 鍵液壓油泵泵軸裝配完成。 3.2.2 裝配動畫的具體步驟 1. 導入文件 由于 Pro/E 中的整體裝配圖不能直接導入 3ds MAX 軟件中，因此需要安裝 PolyTrans 軟件極其插件，利用該軟件把 Pro/E 文件導入 3ds MAX 軟件中，然后才可以 制作動畫。 2. 建立動畫 模型導入后對模型的各零件建立選擇集并根據(jù)實際零件數(shù)及每個零件裝配所用時 間進行估算，確定 Length（動畫長度） 、Frames Per（每秒幀數(shù)）參數(shù)。本次設(shè)計 Frames Per 參數(shù)為 25f/s，Length 長度為 1900 幀。但當動畫長度不夠時可隨時通過時 間設(shè)置選項進行修改。 3. 攝像機的建立 一部影片必然要由一臺甚至多臺攝像機的拍攝而成，因此在動畫制作過程中攝像 機也是場景中必不可少的組成部分，它完全可以模擬顯示生活中的攝像機。在 3ds max 中，攝像機有目標攝像機和自由攝像機兩種，本課題虛擬裝配的動畫制作應用的是目 標攝像機。目標攝像機由攝像機圖標，目標點和觀察區(qū)三部分組成，用戶可以分別調(diào) 整攝影機目標和目標點的位置。 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 12 目標攝像機的建立： 首先要點擊右側(cè)工具面板中的創(chuàng)建面板，然后選擇攝像 機圖標，然后選擇目標攝像機，左鍵單擊并拖動鼠標，在適當位置后釋放鼠標左鍵， 確定攝影機圖標和目標點位置，即可創(chuàng)建一個目標攝影機。 通過切換視窗操作，在攝像機窗口中可以通過導航器上的一些按鈕來對攝像機進 行操作以達到最佳的觀察效果。還可以在其他視窗通過調(diào)整攝影機圖標和目標點位置 來調(diào)整觀察方向。 在攝像機視圖導航器中常用按鈕的操作和含義如下： “推拉攝像機”該按鈕通過鼠標的上下移動來沿視線的前后移動攝像機點。 “透視”該按鈕通過鼠標的上下、左右移動來沿視線的前后移動攝像機點，并 同時改變攝像機的視野。 “視野”該按鈕通過鼠標的上下移動來改變攝像機的視野。 “平移攝像機”該按鈕通過鼠標的上下、左右移動來沿垂直于視線的方向來移 動攝像機點。 “環(huán)游攝像機”該按鈕通過鼠標的上下、左右移動來沿攝像機點轉(zhuǎn)動攝像機目 標點。 以液壓油泵泵軸裝置的泵軸承組成為例來說明該部件的裝配： 1)打開 3dsmax 文件，建立攝像機，預先調(diào)整好攝像機角度，使油泵裝置能夠在畫面中完整顯示。 先在選擇集中選定泵軸，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至 75 幀，記錄該時的位置， 右鍵時間滑塊設(shè)置關(guān)鍵幀。修改零件在空間中的位置，泵軸至可視范圍外，挪動關(guān) 鍵點滑塊至 0 幀，記錄該關(guān)鍵點。 2) 在選擇集中選定擋圈，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至 125 幀，記錄該時的位置。 修改零件在空間中的位置，拖動擋圈至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 75 幀，記 錄該關(guān)鍵點。 3) 在選擇集中選定泵軸承，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至 175 幀，記錄該時的位置。 修改零件在空間中的位置，拖動泵軸承至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 125 幀， 記錄該關(guān)鍵點。 4) 從選擇集中選定半圓鍵，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至 225 幀，記錄該關(guān)鍵點。 拖動半圓鍵至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 175 幀，記錄該關(guān)鍵點。 5) 從選擇集中選定內(nèi)轉(zhuǎn)子，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至 300 幀，記錄該關(guān)鍵點。 拖動內(nèi)轉(zhuǎn)子至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 225 幀，記錄該關(guān)鍵點。 6) 從選擇集中選定外轉(zhuǎn)子，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動 375 幀，記錄關(guān)鍵點。拖動 外轉(zhuǎn)子至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 300 幀，記錄該關(guān)鍵點。 （如圖 3-1） 7) 從選擇集中選定偏心套。把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動 425 幀，記錄關(guān)鍵點，拖動 偏心套至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 375 幀，記錄該關(guān)鍵點。 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 13 8) 從選擇集中選定隔離套，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至 475 幀，記錄該關(guān)鍵點。 拖動隔離套至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 425 幀，記錄該關(guān)鍵點。 9) 從選擇集中泵蓋板，把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動至 550 幀，記錄該關(guān)鍵點。拖動 泵蓋板至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 475 幀，記錄該關(guān)鍵點。 10) 從選擇集中選定半圓鍵。把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動 600 幀，記錄關(guān)鍵點。拖動 半圓鍵至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 550 幀，記錄該關(guān)鍵點。 11) 從選擇集中選定內(nèi)轉(zhuǎn)子。把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動 675 幀，記錄關(guān)鍵點。拖動 內(nèi)轉(zhuǎn)子至可視范圍外，并逆時針旋轉(zhuǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)子為 720 度，挪動關(guān)鍵點滑塊至 600 幀， 記錄該關(guān)鍵點。 12) 從選擇集中選定外轉(zhuǎn)子。把最后裝配位置的關(guān)鍵點挪動 750 幀，記錄關(guān)鍵點。拖動 外轉(zhuǎn)子至可視范圍外，挪動關(guān)鍵點滑塊至 675 幀，記錄該關(guān)鍵點。按照上述方法， 以先設(shè)置最后裝配位置然后設(shè)置初始位置的關(guān)鍵幀為原則。將剩余的零件設(shè)置關(guān)鍵 幀。 13) 攝像機角度旋轉(zhuǎn)的設(shè)置，將關(guān)鍵點拖動到 1525 幀，選擇攝像機，右鍵時間滑塊設(shè) 置關(guān)鍵幀。旋轉(zhuǎn)攝像機到適當角度，挪動關(guān)鍵點滑塊至 1875 幀，右鍵設(shè)置關(guān)鍵幀。 泵軸裝配完成。 （如圖 3-2） 本次設(shè)計使用 3ds MAX 軟件做虛擬裝配是需要注意：一是裝配之前需建立選擇集。 確定物件名稱。由于 Pro/E 中的零件是以 BOM 表中的物料號和圖紙?zhí)杹碛涗?，所以?立選擇集會使動畫制作更加簡單。選擇集的建立必須取消設(shè)置關(guān)鍵點，因此要求操作 者在分析部件之后首先創(chuàng)建選擇集，否則在對選擇集做動畫時不能移動選擇集。 圖 3-1 油泵泵軸的部件裝配圖 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 14 圖3-2液壓油泵泵軸整體裝配圖 當裝配動畫完成后還需要對零件進行附加材質(zhì)，才能使整個裝配演示看起來更加 逼真。點擊右側(cè)上方窗口中材質(zhì)庫，選擇認為合適的材質(zhì)對應的圖標就可以將相應的 材質(zhì)貼到零件的表面。通過調(diào)整材質(zhì)庫中材質(zhì)的性能參數(shù)來調(diào)節(jié)零件的光澤度，透明 度等各個參數(shù)。 3.2.3 動畫生成 1.渲染圖片 渲染是在 3ds max 中制作效果圖的最后一步工作，但也是很重要的一步，一幅效 果圖如果渲染的不好，將會影響到動畫的質(zhì)量。 該按鈕主要是用于渲染單幀圖片，以便檢查該圖片是否符合動畫制作的標準。 該按鈕主要用于對渲染條件進行重新設(shè)置，是標準的渲染工具，單擊該按鈕可 打開渲染場景對話框。渲染場景對話框打開后要對參數(shù)進行設(shè)置，在時間輸出設(shè)置中， 通過不同需要對單選按鈕進行選擇。輸出大小的設(shè)置中，需要把寬度改為 1024，高度 改為 768，將強制雙面和兩盞燈按鈕打開，設(shè)置圖片保存的路徑。完成以上工作后，點 擊渲染，開始工作。 2.文字標注 文字標注是在軟件中，首先載入需要進行標注的圖片（步驟 1 中渲染后圖片） ，雙 擊最大后新建圖層，將前景顏色選擇為黃色，在新圖層中選擇合適的線型和文字進行 標注，隱藏背景保存為 psd 文件。 3.合成動畫 首先運行 After effect 軟件，將渲染出的 jpg 格式動畫圖片和 psd 格式圖片全部 導入到 After effect 中，然后將圖片拖入時間段模塊的視頻欄，將標注圖片拖入其上 方的視頻欄，找到與部件裝配相匹配的時間點，最后對動畫進行預覽，確認無誤后輸 出即可。 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 15 3.3 液壓油泵虛擬裝配總結(jié) 本章虛擬裝配利用導入的液壓油泵實體模型，結(jié)合 3ds max 制作擬實動畫，把裝 配的過程進行了三維動態(tài)處理。實現(xiàn)了液壓油泵三維虛擬動態(tài)裝配，利用這一方法可 以對液壓油泵裝配進行虛擬仿真，同時可指導裝配者輕松地完成液壓油泵裝置。 本次設(shè)計使用 3ds max 軟件做虛擬裝配時作出如下總結(jié)： 1首先在導入裝配圖后，將裝配動畫所需要的部件建立集合并命名，這樣在后來裝配 時便于尋找和選擇相關(guān)部件。將暫時用不到的零件先予以隱藏，節(jié)省電腦資源，防止 畫面運作不流暢。 2盡量使零件的裝配動作和裝配位置更加明顯，清晰。這就需要當零件裝配時的鏡頭 盡量顯示在屏幕的中央，而且鏡頭越近越好。零件在視窗外的位置要越遠越好，避免 在旋轉(zhuǎn)鏡頭的時候出現(xiàn)無關(guān)零件。 3.為了達到更好的觀察效果，在裝配過程中要經(jīng)常調(diào)整攝像機位置，在攝像機移動的 前后都要記錄其關(guān)鍵點，要把攝像機也要當做一個零件一樣進行操作。 4零件裝配速度不宜太急，也不宜太緩，應把握好節(jié)奏，盡量使其保持一致。 5為對各部件進行更好的區(qū)分，需要對部件進行附材質(zhì)操作。點擊右側(cè)上方窗口中材 質(zhì)庫，選擇認為合適的材質(zhì)對應的圖標就可以將相應的材質(zhì)貼到零件的表面。通過調(diào) 整材質(zhì)庫中材質(zhì)的性能參數(shù)來調(diào)節(jié)零件的光澤度，透明度等各個參數(shù)。 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 16 第四章 液壓油泵的軸有限元分析 本次設(shè)計采用 HyperMesh 軟件進行液壓油泵的軸的有限元網(wǎng)格劃分，以及工況卡 片的建立，然后通過 Ansys 軟件對由 HyperMesh 處理過的模型進行分析計算得出結(jié)論。 4.1 有限元基本理論簡介 有限元分析的基本概念是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看 成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的） 近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件） ，從而得到問題的解。 這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù) 實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因 而成為行之有效的工程分析手段。 對于不同物理性質(zhì)和數(shù)學模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是 具體公式推導和運算求解不同。有限元求解問題的基本步驟通常為： 第一步：問題及求解域定義：根據(jù)實際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū) 域。 第二步：求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的 有限個單元組成的離散域，習慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越小（網(wǎng)絡(luò)越細） 則離散域的近似程度越好，計算結(jié)果也越精確，但計算量及誤差都將增大，因此求解 域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。 第三步：確定狀態(tài)變量及控制方法：一個具體的物理問題通常可以用一組包含問 題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等 價的泛函形式。 第四步：單元推導：對單元構(gòu)造一個適合的近似解，即推導有限單元的列式，其 中包括選擇合理的單元坐標系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的 離散關(guān)系，從而形成單元矩陣（結(jié)構(gòu)力學中稱剛度陣或柔度陣） 。 為保證問題求解的收斂性，單元推導有許多原則要遵循。 對工程應用而言，重要 的是應注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應以規(guī)則為好，畸形時不 僅精度低，而且將導致無法求解。 第五步：總裝求解：將單元總裝形成離散域的總矩陣方程（聯(lián)合方程組） ，反映對 近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。總裝是在 相鄰單元結(jié)點進行，狀態(tài)變量及其導數(shù)（可能的話）連續(xù)性建立在結(jié)點處。 第六步：聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋：有限元法最終導致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 17 組的求解可用直接法、選代法和隨機法。求解結(jié)果是單元結(jié)點處狀態(tài)變量的近似值。 對于計算結(jié)果的質(zhì)量，將通過與設(shè)計準則提供的允許值比較來評價并確定是否需要重 復計算。 簡言之，有限元分析可分成三個階段，前處理、處理和后處理。前處理是建立有 限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡便提取信 息，了解計算結(jié)果。 4.2 有限元分析基本步驟 從使用有限元程序的角度看，對轉(zhuǎn)臂的有限元分析可分為三個步驟，即有限元分 析的前處理、有限元分析的計算和有限元分析的后處理。 1.前處理 1）建立分析結(jié)構(gòu)的幾何模型。本次分析的轉(zhuǎn)臂模型是以 IGES 文件格式為中介， 從 Pro/E 系統(tǒng)中獲取幾何模型。 2）根據(jù)分析對象和目的，確定有限元網(wǎng)格劃分方案，建立有限元分析的計算模型。 3）確定并施加邊界條件（結(jié)構(gòu)所受的載荷和約束） 。 2.計算 是在形成總剛度方程并經(jīng)約束處理后求解大型聯(lián)立線性方程組，最終得到節(jié)點唯 一的過程。 3.后處理 對計算輸出的結(jié)果（包括各種應力、位移）進行必要的處理并按一定的方式（如 等應力線、變形圖）顯示或打印出來，以便對分析對象的性能或設(shè)計的合理性進行分 析、評估，從而作出相應的改進或優(yōu)化。 接下來對液壓油泵的軸有限元分析的部分步驟進行闡述。 4.3 液壓油泵的軸有限元分析主要步驟 4.3.1 有限元網(wǎng)格的創(chuàng)建 在轉(zhuǎn)換成 IGS 導入模型之后，首先要進行幾何模型的修復，可以通過自動修復按 鍵進行自動修復。之后就可以進行有限元網(wǎng)格的劃分，具體步驟如下： 首先在 3D 頁面上選擇 Tetramesh 面板再選擇 Volume Tetra 子面板，點擊 Surf 處 于激活狀態(tài)，選擇模型的一個表面，模型的所有相鄰表面都會被自動選中顯示為白色。 將 2D 選項設(shè)置為 Trias，3D 選項設(shè)置為 Tetra，這些設(shè)置用于控制零件的表面網(wǎng) 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 18 格和實體網(wǎng)格的單元類型。確認 Use Curvature 和 Use Proximity 選項是關(guān)閉的，在 Element Size= 輸入框中輸入 2，點擊 Tetmesh，自動創(chuàng)建四面體網(wǎng)格。模型如圖 4-1 圖 4-1 劃分網(wǎng)格的有限元模型 通過以上步驟，完成網(wǎng)格劃分，共建立 13866 個節(jié)點，59096 個有限元網(wǎng)格。 4.3.2 剛性單元的創(chuàng)建 剛性單元的建立需要首先創(chuàng)建剛性節(jié)點然后通過節(jié)點進行剛性連接成為剛性單元。 1.創(chuàng)建剛性節(jié)點 在 Geom 菜單中選擇 Distance，選擇 Two Nodes 子面板，在孔的內(nèi)壁上選擇距離最 遠的兩個節(jié)點，作為兩個節(jié)點 N1 和 N2，點擊 Nodes Between=，輸入數(shù)值 1。點擊 Nodes Between 創(chuàng)建中間節(jié)點，此點位中心點，點擊 Return。 2創(chuàng)建剛性連接 在 1D 面板中選擇 Rigids 面板，選擇 Create 子面板，點擊與 Dependent 旁按鍵， 切換為 Multiple Nodes。選擇以創(chuàng)建的中心節(jié)點作為 Dependent Nodes，點擊 Dependent 后的 Nodes，選擇 By Geoms 后選擇 Surf,進入選項卡后選擇 By Face。在內(nèi) 壁上選取整個面，點擊 Add To Selection，最后點擊 Create 創(chuàng)建完成.重復以上步驟， 完成其余 2 個孔的剛性單元建立。模型如圖 4-2 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 19 圖 4-2 剛性單元建立 4.3.3 相關(guān)屬性的創(chuàng)建 該有限元模型主要需創(chuàng)建單元類型和材料屬性。 1.創(chuàng)建單元類型 在 Ansys 模板中，選擇 ETtype 起名為 solid，在 card image 中選擇 solid45，單 擊 creat，單元創(chuàng)建完成。同樣方法創(chuàng)建 mass 單元，在 card image 中選擇 mass21， 單擊 creat，單元創(chuàng)建完成。 2.創(chuàng)建材料屬性 本模型選用 Q345 鋼作為材料。在菜單中選擇“Materials” ，在彈出菜單中輸入名 稱“steels” ， “card image”中選擇“MATERIAL” ，單擊“Creat/Edit”,輸入材料的 彈性模量為 206000000，密度為 7.8e-6，泊松比為 0.2，單擊“return” ，至此材料屬 性創(chuàng)建完畢。本次設(shè)計默認計算單位的量綱為 mN，mm，kg，kPa，使用其他單位時會進 行換算說明。 4.3.4 約束和載荷的創(chuàng)建 對有限元模型施加邊界條件的原則就是：在反映真實情況的前提下，對力和載荷 進行合理的簡化。在施加邊界條件的過程中還要具體情況具體對待，綜合考慮模型結(jié) 構(gòu)、分析目的、試驗數(shù)據(jù)等因素。液壓油泵的軸的受力形式為在連接構(gòu)架處受到約束， 另一端連接軸箱處受到橫向載荷和垂向載荷，因此在分析時需要在有兩個孔一端的剛 性節(jié)點處分別添加約束，另一端的剛性節(jié)點施加載荷，具體操作如下： 1.準備工作 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 20 在工具欄中點擊 Collector，進入 Create 子面板后設(shè)置創(chuàng)建的集合類型為 Load Collectors，設(shè)置 Name 分別為 Forces1，F(xiàn)orces2 和 Spc，切換創(chuàng)建方法至 No Card Image 點擊 Return 返回主菜單。 2.在 A.B 兩個剛性節(jié)點上施加約束（Spc） 在 Analysis 頁面中，選擇 Constraints 面板，點擊 Create 子面板，類型選擇為 Nodes。激活自由度(Dof)1 到 6，點擊 Create,在點上創(chuàng)建約束。設(shè)置 Size=為 50，激活 選項 Label Constraints 點擊 Return 返回主菜單。 圖 4-3 添加約束面板 3.在 C 剛性節(jié)點上施加載荷 考慮液壓油泵的軸垂向會一直受到一個沿 Z 軸負方向的壓力。通過以上分析建立 兩種載荷情況，如表 表 載荷表 載荷名稱載荷大?。ǚ较颍?Forces119600N(Y 軸正方向) 具體方法為選擇已創(chuàng)建的 Forces1 右擊選擇 MakeCurrent 設(shè)置為當前，然后在 Analysis 頁面中選擇 Forces 面板中選擇 Create 子面板，激活 Nodes 后，點擊剛性節(jié)點 C，再設(shè)置“Magnitude=”的值為 19600000,將方向選項由 N1,N2,N3 切換至 X-Axis，點 擊 Create 創(chuàng)建力，即可創(chuàng)建一個大小為 19600000mN，方向為 Y 軸正方向的力，點擊 Create 創(chuàng)建力。點擊 Return 返回主菜單，載荷 Forces1 施加完成。載荷添加面板如圖 4-4 圖 4-4 添加載荷面板 全部邊界條件創(chuàng)建后的效果圖如圖 4-5 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文) 21 圖 4-5 邊界條件