【正文】 導(dǎo)入前的“拓撲操作”表示 在系統(tǒng)讀入 CAD 數(shù)據(jù)之前，用戶對拓撲顯示（相鄰面的連續(xù)性）和分辨率（幾何實體的顯示）進行設(shè)定。但考慮到清理模型的工作量，最后決定采用基于最小誤差等級導(dǎo)入后的離合器齒轂 幾何 模型（圖 ） 。刪除后如圖 ，面的界線隨之被刪除，由于無法確定界線的具體位置，故不能 重新 作線建面。 (2) 忽略整體模型中倒角、圓角、小的臺階及小孔等影響網(wǎng)格質(zhì)量，且對應(yīng)力分析影響不大的細節(jié)。 離合器齒轂 模型的分解 離合器齒轂?zāi)Ｐ捅容^復(fù)雜，故選用混合網(wǎng)格劃分法最為適合。如圖 ，建立上下兩圓盤間的面，面的法線方向可以任意。 原始面的面網(wǎng)格生成后，為避免體網(wǎng)格錯位的現(xiàn)象，同樣應(yīng)當(dāng)選擇生上海工程技術(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 53 成圓盤體網(wǎng)格的掃略線，掃略層仍設(shè)置為 2，實現(xiàn)下半部花鍵轂的體網(wǎng)格劃分。從圖 ，在過渡大圓角的 13951個體單元中，四面體占據(jù)了 70%。 ANSA 中的 RECONS 功能是用來幫助提高面網(wǎng)格劃分質(zhì)量的。 通過 ANSA 中 EXTREME 的功能分離出具有較差單元質(zhì)量的體，而從圖 中可見， 91 個較差質(zhì)量的單元體全部分布在過渡大圓角處。 圖 過渡圓角的不規(guī)整 圖 建立過渡圓角與花鍵槽的交面 當(dāng)兩個交面建立完成以后，要對過渡圓角進行面網(wǎng)格劃分，劃分時仍上海工程技術(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 55 然采用 MAP原則，使平面上出現(xiàn)更多的四邊形。故應(yīng)以圓角處邊線 作 為界線，將花鍵轂分成上下兩體。利用 MAP準(zhǔn)則生成面網(wǎng)格（圖） 圓孔與圓盤兩邊線建立連接面 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 49 圖 圓盤的面網(wǎng)格 原始面與掃略線為 拖拉、掃略網(wǎng)格劃分 法中的兩大基本要素。 (4) 混合網(wǎng)格劃分 混合網(wǎng)格劃分即在幾何模型上，根據(jù)各部位的特點，分別采用自由、映射、掃略等多種網(wǎng)格劃分方式，以形成綜合效果盡量好的有限元模型。但 在很多情況下，這種 “ 回歸 ” 很難實現(xiàn)，模型的改造只有依靠 CAE 軟件自身。 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 39 (a) (b) (c) 刪除“隱性面”后第一類典型間隙處的變化 (a) (b) 第一類典型間隙處的修復(fù) 修復(fù)第二類典型的間隙 圖 ，顯然它較之第一類情況復(fù)雜些許。圖 主要描述了基于最小誤差等級導(dǎo)入后的離合器齒轂 幾何 模型中出現(xiàn)的間隙情況。 (a) UG 軟件中的幾何模型 (b)導(dǎo)入 ANSYS 軟件 后的 幾何 模型 比較離合器齒轂 在 UG 軟件和 導(dǎo)入 ANSYS 軟件 后的 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 32 目前數(shù)據(jù)傳遞一般可通過專用數(shù)據(jù)接口， CAE程序可與 CAD程序 “交流 ”后生成與 CAE程序兼容的數(shù)據(jù)格式。以便定義材料特性、物理特性、載荷和位移約束條件。選用 高階單元 可提高計算精度，因為高階單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結(jié)構(gòu)的曲線和曲面邊界，且高次插值函數(shù)可更高精度地逼近復(fù)雜場函數(shù)，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、應(yīng)力分布或變形很復(fù)雜時可以選用上海工程技術(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 29 高階單元。為建立正確、合理的有限元模型這里介紹劃分網(wǎng)格時應(yīng)考慮的一些基本 原則： (1) 網(wǎng)格數(shù)量 網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計算結(jié)果的精度和計算規(guī)模的大小。計算則是在形成總剛度方程和約束處理后求解大型聯(lián)立方程組、最終得到節(jié)點位 移的過程。 根據(jù)選定的位移模式，就可以導(dǎo)出用節(jié)點位移表示單元內(nèi)任意一點位移的關(guān)系式，其矩陣形式是 ： ? ? ? ?? ?efN?? ?? ?????????????????? ??????? () 式中： ??f 為單元內(nèi)任意一點的位移列陣； ??e? 為單元的節(jié)點位移列陣； ??N 稱為形函數(shù)矩陣，它的元素是位置坐標(biāo)的函數(shù)。 有限元計算方法的優(yōu)越性 [11] (1) 在固體力學(xué)及其他連續(xù)體力學(xué)中，只有一些特殊的位移場和應(yīng)力場才能求得微分方程的解，對 于多數(shù)復(fù)雜的實際結(jié)構(gòu)得不到解，而有限元法對于完成這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析是一種十分有效的方法。 (8) 采用較小的側(cè)隙或過盈配合的花鍵副，限制摩擦磨損。 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 15 圖 只承受壓軸力 F而無轉(zhuǎn)矩 T時的內(nèi)花鍵與外花鍵的位置 圖 只承受壓軸力 F而無轉(zhuǎn)矩 T時的載荷分配 (4) 受轉(zhuǎn)矩和壓軸力兩種載荷 對無誤差的漸開線花鍵聯(lián)結(jié)，在其承受轉(zhuǎn)矩 T和壓軸力 F兩種載荷時，內(nèi)、外花鍵的相對位置和各鍵齒所受載荷的大小和方向，決定于所受轉(zhuǎn)矩T 和壓軸力 F 的大小及兩者的比例。 由上述特點可見，漸開線花鍵聯(lián)結(jié)的承載能力比矩形花鍵聯(lián)結(jié)高，同時也具有自動定心、結(jié)構(gòu)緊湊、適于盤式聯(lián)結(jié)等獨特優(yōu)點，所以它幾乎應(yīng)用在各種同軸傳動中，尤其適用于高速重載傳動。對于結(jié)構(gòu)緊湊、大直徑、需要少去材料的花鍵聯(lián)結(jié)，可采用多齒數(shù)，小模數(shù)的漸開線花鍵聯(lián)結(jié)。 同時，漸開線花鍵副受力后，由于有自動定心特性，可以使多數(shù)鍵齒同時接觸。 花鍵聯(lián)結(jié) [3] 在機械傳動的軸、孔聯(lián)結(jié)中，鍵與花鍵聯(lián)結(jié)應(yīng)用最為廣泛，可以說，只要有同軸聯(lián)結(jié)的地方就有鍵與花鍵的聯(lián)結(jié)。因其位于變速器內(nèi)部，徑向尺寸收到嚴(yán)格限制，而傳遞的扭矩又很大，故做成多片式的。 關(guān)鍵詞： 齒轂 ， 漸開線花鍵 ， 網(wǎng)格生成 ， 有限元分析 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 2 strength design analysis of UG clutch hub plate ABSTRACT According to the new product developed by Shanghai Jiaoyun Automotive Power System Co., Ltd, the clutch hub plate is firstly introduced about its function and structure. Combining with the theory of finite element method, the paper gives a sketch of the constructive principal of finite element model as well as the principal of gridding, and sum up the factors leading to errors by finite element analysis. The geometrical model of clutch hub plate is established by means of CAD software—Unigraphics, then the paper adopts CAE preliminary treatment software—ANSA to clean the geometrical model, and create high quality grids. After that, two numerical procedures are formulated based on respective advantages of wellknown finite element solver—INDEED and ABAQUS. A external splines shaft is needed built in INDEED in order to simulate the real working condition when the internal splines link with external splines. It es to the result through exerting torque to internal splines. On the other hand, the spline slot is fixed firstly in ABAQUS, then to load on the working face of the internal splines, which is equivalent to the condition of exerting torque. In addition, the two solvers guarantee the results consistency. The paper finally arrives at the conclusion 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 3 on the stress and deforming tendency of hub plate in the light of finite element analysis results. Moreover, the improved plan to strengthen the hub plate is presented in this paper based on strength vulnerable area. Key Word: hub plate, involute spline, gridding， finite element analysis 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 4 UG 離合器齒轂 的 強度 設(shè)計分析 劉歆瑜 062103240 0 引言 隨著計算機技術(shù)的 進步 而發(fā)展起來的有限元法，是一種分析計算復(fù)雜結(jié)構(gòu)極為有效的數(shù)值計算方法。 其中，執(zhí)行裝置包括換 檔 離合器、換 檔 制動器、和單向離合器等。在油壓撤除后，活塞8 在彈簧 6 作用下回復(fù)原位，離合器分離。即當(dāng)內(nèi)花鍵（或外花鍵）位置確定后，另一花鍵的位置受力后（對于過盈配合的花鍵副 是 裝配后）也就自動確定了，這種特性稱為自動定心。矩形花鍵需采用不同規(guī)格的滾刀，否則精度難以保證。而矩形花鍵齒數(shù)或直徑不同時 ,滾刀不能通用（一種規(guī)格只配一種滾刀）。 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 14 圖 只承受轉(zhuǎn)矩 T無壓軸力 F時內(nèi)花鍵與外花鍵的位置 圖 只傳遞轉(zhuǎn)矩 T 無壓軸力 F時的載荷分配 (3) 受純壓軸力載荷 對無誤差的漸開線花鍵聯(lián)結(jié)，在只承受壓軸力 F 不受轉(zhuǎn)矩 T 時，內(nèi)外花鍵的兩軸線出現(xiàn)一個相對位移量 0e (見圖 )。 (5) 采用較大模數(shù)的花鍵，防止因齒厚磨薄而斷齒。通過有限元法將無限多個自由度的連續(xù)系統(tǒng)問題簡化為有限多個自由度的離散系統(tǒng)的問題。通常選擇多項式作上海工程技術(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 22 為位移模式。一些通用的有限元軟件大都已經(jīng)將常用的各 種材料及其物理參數(shù)存儲到其數(shù)據(jù)庫中，供我們選擇。 在結(jié)構(gòu)有限元模型簡化方面，一個復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，應(yīng)該按照各個部分在幾何及載荷分布上的特點，將它簡化成桿、梁、板、殼和體等典型構(gòu)件來處理；同時考慮模型的幾何上和邊界中是否具有對稱性或反對稱性的特點，這樣既減少了計 算工作量，又不會失去構(gòu)件本來的力學(xué)特性，使計算模型簡單。因此網(wǎng)格數(shù)量應(yīng)增加到結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，在次要部位增加網(wǎng)格是不必要的，也是不經(jīng)濟的。而 在結(jié)構(gòu)次要部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低。 兩個軟件之間的 轉(zhuǎn)換精度的高低取決于接口程序的好壞 。但這并不意味著選擇最小的誤差值就能提高導(dǎo)入后模型的質(zhì)量。 圖 離合器齒轂 幾何 模型外殼末端 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 38 圖 “隱形面”的刪除 刪除該面后建立新的面，但由于間隙的存在，線與線的不連貫性導(dǎo)致無法整體建面，故 需要 針對不同的間隙，單獨建面。這些細節(jié)往往不是基于結(jié)構(gòu)的考慮，保留這些細節(jié)，單元數(shù)量勢必增加，甚至?xí)谏w問題的主要矛盾，對分析結(jié)果造成負面影響。 當(dāng)然 為保證網(wǎng)格的連續(xù)性，生成的內(nèi)部輔助面必須屬于兩個相鄰的子塊。 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)