【正文】 若要提高體網(wǎng)格質(zhì)量， 需對面網(wǎng)格進行重新劃分。面網(wǎng)格生成后如圖 ， 因為無法保證每一對對邊的網(wǎng)格劃分數(shù)一致，所以出現(xiàn)了三角形面網(wǎng)格。把圓角邊線投影至 花鍵筒 內(nèi)側(cè)，打斷組成花鍵的各個面，在打斷處以圓角邊線與投影線為建立新面的界線。此模型中，掃略線應(yīng)與圓盤垂直，且偏移量為圓盤體的厚度。通常，為了提高計算 精度和減少計算時間，應(yīng)首先考慮對適合于掃略和映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域先劃分六面體網(wǎng)格 。 在完成離合器齒轂的幾何模型清理后，此時呈現(xiàn)在 ANSA 界面中完整的模型可被稱為有限元模型。刪除其中一個面然后重新建面是最可行的一個方法。 圖 基于最小誤差等級的花鍵 幾何 模型 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 35 (a)模型 典型 間隙處 (b)模型所有間隙處 圖 基于最小誤差等級離合器齒轂 幾何 模型的間隙處 如若將誤差值的設(shè)定改為中間等級，導(dǎo)入后的模型見圖 。但有限元前處理軟件 ANSA利用其在導(dǎo)入幾何模型前的拓撲操作，能夠比較精準地傳遞 IGES格式數(shù)據(jù)。常見的特 殊界面和特殊點有不同材料分界面、幾何尺寸突變面、分布載荷分界線（點） 、集中載荷作用點和位移約束作用點等。增加網(wǎng)格數(shù)量和單元階次都可以提高計算精度。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 27 圖 位移精度和計算時間隨網(wǎng)格數(shù)量的變化 圖 中的曲線 1 表示計算精度隨網(wǎng)格數(shù)量的變化，曲線 2 表示計算時間隨網(wǎng)格數(shù)量的變化，可以看出網(wǎng)格較少時增加網(wǎng)格數(shù)量可以使計算精度明顯提高，而計算時間不會有大的增加。后處理則是對計算結(jié)果 （ 應(yīng)力、應(yīng)變或振型等 ） 的整理，形成等應(yīng)力線、變形圖、振型圖等，以及結(jié)果的輸出 (圖 示 )。 2) 利用物理方程，由應(yīng)變的表達式 ()導(dǎo)出用節(jié)點位移表示單元應(yīng)力的關(guān)系式 : ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? eD D B? ? ??? ???????????????????? ?? () 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 23 式中： ??? 為單元內(nèi)任意一點的應(yīng)力 列陣； ??D 是與單元材料有關(guān)的彈性矩陣。邊界條件不需要進入單個有限元的方程，而是求得整個集合體的代數(shù)方程再引入，所以對內(nèi)部和邊界上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 21 上的單元都能采用相同的場變量 （ 位移函數(shù) ） ，而且當邊界條件改變時，場變量函數(shù)不需要改變。 （ 10） 嚴格控制技工質(zhì)量，尤其對重要花鍵應(yīng)逐件進行無損檢測，防止熱處理裂紋、磨削裂紋或燒傷，以及材料缺陷。 圖 同時承受轉(zhuǎn)矩 T和壓軸力 F，轉(zhuǎn)矩 T 占優(yōu)勢時的載荷分配 當花鍵副所受的載荷主要是壓軸力 F，轉(zhuǎn)矩 T 是次要的或很小時，該花鍵副回轉(zhuǎn)后，各鍵齒的位置近似圖 ，各鍵齒兩側(cè)受力狀態(tài)發(fā)生周期性變化，見圖 。如內(nèi)燃機車變速器主傳動軸、工程機械和礦山機械傳動機構(gòu)等。所以，漸開線花鍵聯(lián)結(jié)不僅適用于軸與孔的聯(lián)結(jié)，還適用與盤式聯(lián)結(jié)。 (3) 啟動時承載能力好。但是，自 18 世紀歐洲工業(yè)革命以后，隨著機械傳動（尤其是齒輪傳動）迅速發(fā)展，其傳動功率大幅度提高，鍵聯(lián)結(jié)在很多傳動中已不能滿足要求，從而便出現(xiàn)了花鍵聯(lián)結(jié)。在主動片 10 的兩面燒結(jié)有銅基粉末冶金的摩擦材料，與從動鋼片組成鋼－粉末冶金摩擦副。 通過計算，得到整體結(jié)構(gòu)的位移場和應(yīng)力場等結(jié) 果。 自動變速器操縱系統(tǒng)是指汽車前進行駛過程中，駕駛員安行駛需要控制加速踏板，變速器即可根據(jù)發(fā)動機負荷和汽車速度的變化，自動地換入不同檔位工作。當壓力油靜油道 A 進入活塞左面時，液壓作用力便克服彈簧力使活塞右移，將所有主動片和從動片壓緊，即離合器接合。 漸開線花鍵聯(lián)結(jié)的特點與用途 與矩形花鍵聯(lián)結(jié)相比，漸開線花鍵聯(lián)結(jié) 具 有以下的特點： (1) 自動定心。 (6) 易獲得不同的齒側(cè)配合。精確的測量和檢驗，可以保證花鍵的互換性要求。鍵齒兩側(cè)間隙 相等， 均為 作用側(cè)隙值 Cv 之半，見 圖。一是用流動的潤滑油帶走摩擦產(chǎn)生的熱量；二是沖走磨下的金屬末，防止產(chǎn)生或減小磨料磨損；同時上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 19 也有減小摩擦力的潤滑作用。這樣，只要對構(gòu)成分析對象的節(jié)點位移求解，就可以求得單元的變形和應(yīng)力，而不必對彈性體的無限域求解。此時，為了能用節(jié)點位移表示單元體內(nèi)的位移、應(yīng)變和應(yīng)力，在分析連續(xù)體問題時，必須對單元中位移的分布做出一定的假設(shè)，也就是假定位移是坐標的某種簡單函數(shù)，這種函數(shù)稱為位移模式或插值函數(shù)。 從有限元軟件的角度來講，有限元法可 分為 :前處理 — 計算 — 后處理。具體的講，有限元模型應(yīng)滿足：平衡條件，即結(jié)構(gòu)的整體和任一單元在節(jié)點上都必須保持靜力平衡；變形協(xié)調(diào)條件，交匯于一點的各元素 在外力作用下，引起元素變形后必須仍保持交匯于一個節(jié)點，協(xié)調(diào)元元素也應(yīng)在邊界上滿足相應(yīng)的位移協(xié)調(diào)條上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 26 件；邊界條件和材料的本構(gòu)關(guān)系；剛度等價原則及幾何逼近真實結(jié)構(gòu)等。這樣，整個結(jié)構(gòu)便表現(xiàn)出疏密不同的網(wǎng)格劃分形式，而在疏密相交區(qū)域可以使用上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 28 過渡單元。劃分網(wǎng)格時一般要求網(wǎng)格質(zhì)量能達到某些指標要求。 目前 CAD 軟件中流行的實體建模包括基于特征的參數(shù)化建模和空間自由曲面混合造型兩種方法 ， Unigraphics 則將特征參數(shù)化和空間自由曲面混合造型有機 地 結(jié)合起來。 圖 紅線、黃線、藍線在 ANSA中的定義 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 34 當設(shè)定較小的誤差值時，導(dǎo)入 CAD 文件后的離合器齒 轂幾何 模型花鍵部分如圖 所示。但 從理論角度分析，黃線代表確實存在這些面，并且當選擇刪除面的指令時，此面可被選中（圖 ） 。 (a) 恢復(fù)“隱性面” (b) 選擇白線為界線建面 (c) 新建的面 (d) 修補間隙 圖 修復(fù)第二類典型間 隙處的過程 離合器齒轂有限元模型的結(jié)構(gòu)簡化 在有限元分析過程中， 數(shù)據(jù)傳遞面臨的一個重大挑戰(zhàn) 就 是將導(dǎo)入 CAE程序的 CAD 模型改造成適合有限元分析的網(wǎng)格模型。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 45 但對 于體網(wǎng)格的劃分， MAP 準則要求首先任意選擇兩組相對的面，稱為主面與從面，并且兩者之間具有諧調(diào)的網(wǎng)格，即主從面對應(yīng)邊的網(wǎng)格劃分數(shù)一致，使得到的兩面網(wǎng)格劃分圖比較相似，但同時也要求其它面（路徑面）上的網(wǎng)格必須全部都是四邊形。建立掃略方向的線是拖拉、掃略網(wǎng)格劃分法中的一個要素。這樣即能夠保證圓角處與圓盤體網(wǎng)格 銜接節(jié)點的重疊， 又對計算 結(jié)果 影響不大，生成后的體網(wǎng)格如圖 。過渡大圓角分別與帶圓孔的圓盤、花鍵槽連接。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 58 圖 離合器齒轂體網(wǎng)格 圖 去掉過渡大圓角后的體網(wǎng)格 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 59 網(wǎng)格質(zhì)量的檢查 在第二章節(jié)中已經(jīng)提到，網(wǎng)格 質(zhì)量好壞將影響計算精度，質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至?xí)兄褂嬎恪? 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 60 圖 網(wǎng)格 質(zhì)量較差的單元分布圖 圖 網(wǎng)格質(zhì)量較差的單元集中圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 61 圖 網(wǎng)格重新劃分后質(zhì)。由此發(fā)現(xiàn)，對于結(jié)構(gòu)非常規(guī)整的 模型，選擇掃略網(wǎng)格劃分法，不僅不用進行對各個面的網(wǎng)格劃分，而且也減少了結(jié)構(gòu)簡化的工作量。 (a) (b) (c) 圖 花鍵轂原始面的生成 圖 花鍵轂體網(wǎng)格 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 54 由于離合器齒轂外殼的過渡大圓角（圖 ）的不規(guī)整性，故適合應(yīng)用自由網(wǎng)格劃分法。利用 MAP準則生成圓角處的面網(wǎng)格。 圖 對邊上網(wǎng)格劃分數(shù)的一致 性 首先對圓盤進行網(wǎng)格劃分，因為圓盤體的厚度不變，故采用拖拉、掃略網(wǎng)格劃分法。 (2) 映射網(wǎng)格劃分 映射網(wǎng)格劃分是對規(guī)整模型的一種規(guī)整網(wǎng)格劃分方法，其原始概念是：對于面，只能是四邊形面，網(wǎng)格劃分數(shù)需在對邊上保持一致，形成的單元全部為四邊形；對于體，只能是六面體，對應(yīng)線和面的網(wǎng)格劃分數(shù)保持一致；形成的單元全部為六面體。同時，“隱形面”在被恢復(fù)及修補后，第一類間隙自動修復(fù)完成，這也表明面的修復(fù)相當于面的新建。 修復(fù)第一類典型的間隙 圖 幾何 模型外殼末端線面關(guān)系的圖片，從圖中能夠發(fā)現(xiàn)一個特別奇怪的現(xiàn)象，被畫過圈的線段雖然顯示為黃色，但是卻不見另外與之相交的一面。在圖中出現(xiàn)的紅黃藍三色線雜亂不堪，根本無法清晰地表示各個面之間的關(guān)系，甚至有的地方出現(xiàn)面重疊或面丟失的情況。 當客戶完成一項有限元分析時，花費在建模上的時間可能占據(jù)總過程的 80%。直觀上看，網(wǎng)格各邊長或各個內(nèi)角相差不大、網(wǎng)格面不過分扭曲、邊節(jié)點位于邊界等分點附近的 網(wǎng)格質(zhì)量較好。劃分疏密不同的網(wǎng)格主要用于應(yīng)力分析，在應(yīng)力變化梯度較大的部位（如應(yīng)力集中處）為了較好地反映應(yīng)力分布規(guī)律，需要采用比較密集的網(wǎng)格。在連續(xù)體離散化及用有限個參數(shù)特征表征無限個形態(tài)自由度過程中，不可避免的引入了近似。在線性平衡問題中，可以根據(jù)方程組的具體特點選擇合適的計算方法。 合體，以它代替原來的結(jié)構(gòu)。在眾多的近似分析方法中，有限元法是最上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 20 為成功和運用最廣的方法。 (2) 在內(nèi)花鍵（或外花 鍵）齒面噴涂，鍍中介材料 。 花鍵常見的 失 效形式 花鍵常見的失效形式有鍵齒面壓潰、鍵齒面磨損、鍵齒面柔傷（冷作硬化）、鍵齒過載斷裂和疲勞斷裂等，這些 失效形式的主要特征、產(chǎn)生的主要原因及預(yù)防措施見表 。 (9) 檢驗方便、精確，互換性好。由以上特點可知，對于傳動相同轉(zhuǎn)矩的花鍵聯(lián)結(jié)，漸開線花鍵可以設(shè)計成尺寸小、重量輕、體積小的緊湊 結(jié)構(gòu)。 由于矩形花鍵聯(lián)結(jié)的承載能力遠遠高于鍵聯(lián)結(jié)，同時也具有定心精度高和導(dǎo)向性好等獨特優(yōu)點，所以它主要應(yīng)用于中等或較大負荷的機械傳動中。因而離合器主動片 10 與第一軸相連，而從動片 9 則與前排太陽輪 2 相連。這樣，可以在較短的時間內(nèi)，以 較 少的投資獲得高質(zhì)量的產(chǎn) 品。 有限元法能夠很好地模擬零部件的實際形狀、結(jié)構(gòu)、受力和約束，因此，其計算結(jié)果更精確，也更接近實際，可以作為設(shè)計、改進零部件的依據(jù)。為保證其柔和接合和散熱，離合器的摩擦片都浸在液油中工作，因而稱為濕式離合器。 從 19 世紀末至 20 世紀中葉，矩形 花鍵聯(lián)結(jié)在機械傳動中占有極其重要的位置。同時，由于自動定心特性，花鍵受載后，立即有多數(shù)鍵齒同時工作。矩形花鍵因受結(jié)構(gòu)、工藝方法、刀具和加工精度等限制，不具有上述特點。如載重汽車的傳動軸、半軸、變速器各檔傳動軸；航空減速器傳動軸、航空發(fā)動機螺旋槳軸、直升機 旋翼軸等。 圖 同時承受壓軸力 F和轉(zhuǎn)矩 T，而壓軸力占優(yōu)勢時的載荷分配 對于有誤差的漸開線花鍵副，在轉(zhuǎn)矩 T 和壓軸力 F 同時作用下，其載上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （論文） UG離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 17 荷分配見圖 ，偏心狀態(tài) 見圖 。當對這些復(fù)雜問題進行靜、動態(tài)力學(xué)性能分析時，往往難以 用解析方法寫出其基本方程，同時也難以確定出它們的邊界條件，更求不出解析值。 (3) 有限元法不僅適應(yīng)于復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件，而且能處理各種復(fù)雜的材料性質(zhì)問題。 (4) 集合所有單元的平衡方程，建立整個結(jié)構(gòu)的平衡方 程 這個集合過程包括兩方 面 的內(nèi)容；一是各個單元的剛度矩陣，集合成整個物體的整體剛度矩陣；二是將作用于各單元的等效節(jié)點力列陣，集合成總的載荷列陣。我們在建立有限元數(shù)值仿真模型時，應(yīng)該首先判斷分析對象屬于哪一類性質(zhì)的問題 —— 是線性問題還是非線性問題，是靜力問題還是動力問題，小變形問題還是大變形大應(yīng)變問題等，從而才能正確的選擇相應(yīng)的分析方案及建模方法。 在決定網(wǎng)格數(shù)量時應(yīng)考慮分析數(shù)據(jù)的類型。采用不同階次的單元，即精度要求高的重要部位用高階單元，精度要求低的次要部位用低階單元。 (2) 理論模型有限元離散近似誤差，其中包括低維模型近似、邊界條件近似、載荷條件近似和幾何形狀近似 等引起的誤差，以及幾何方程、物理方程、平衡方程等近似產(chǎn)生的誤差。 離合器齒轂幾何模型的導(dǎo)入 在 ANSA軟件中，所謂