【正文】 個集成的CAE工具，可以直接將CAD模塊中建立的幾何模型轉化有限元模型。在分析的后置處理結果中，UG有限元分析模塊還能準確直觀地得到所建模型各部件的應力分布情況，從而預知所設計的模型是否滿足要求。有限元法是近四十年來發(fā)展起來的一種有效的數(shù)值計算方法，它既包括有數(shù)學理論，又包括有程序設計技巧，在工程技術各個領域中得到了廣泛應用。 有限元法基本原理用彈性力學經(jīng)典方法分析連續(xù)體時，是從研究連續(xù)體中微元體的性質著手，在分析過允許微元體的數(shù)目無限多而它的大小趨近于零，從而得出描述彈性體性質的偏微分方程，求解偏微分方程可以得到一個解析解。這種解是一個數(shù)學表達式，它給出連續(xù)體內(nèi)每一點上所要求的未知量的值。然而，對于絕大多數(shù)工程實際問題，由于其幾何形狀的不規(guī)則，或由于其材料的非線性或不均勻等原因，要得到問題的解析解是十分困難的。有限元分析(FEA，F(xiàn)initeElementAnalysiS)求解問題的基本思想是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解，用一句話概括就是“先分后合”。有限元法在處理連續(xù)體問題時，首先把連續(xù)體離散化，即“化整為零”。把連續(xù)體假想分割成數(shù)目有限的小塊單元，而單元之間只在數(shù)目有限的指定點處相互連結，用這樣單元的集合體來代替原來的連續(xù)體。其次，對每個單元，由于其分塊較小并且形狀較為規(guī)則，易于由平衡關系或能量關系建立節(jié)點之間的方程式，因而可以選擇一個較簡單的函數(shù)來近似地表示其位移的分布規(guī)律，并用彈性力學中的基本方程建立起單元上節(jié)點力與位移的關系。最后，把所有單元的這種力學特性予以綜合，即“積零為整”，借助于矩陣方法加以集合起來，從考慮各節(jié)點的平衡條件著手，得到整個結構上力與位移的關系式。一般情況下這是一組以節(jié)點位移為未知量的方程組，代入邊界條件后，解此方程組可求得連續(xù)體上有限個節(jié)點上的位移，并進一步得單元的內(nèi)力。 軸的有限元分析 仿真模型簡化進行有限元分析時，有限元模型的精度是計算精度的基礎，計算規(guī)模和長短則與分析類型、模型大小及機構復雜程度、載荷類型等直接相關。利用實際分析對象精確模型并按照實際工況施加上載荷、約束進行分析，無疑是最理想選擇，所得結果也最能夠真實反映分析對象在施加工況下的情況。 有限元分析步驟。建立階梯軸的參數(shù)化模型時，首先根據(jù)所要建立的主軸的階數(shù)、各階的直徑和長度、各鍵槽的位置參數(shù)和形狀尺寸等因素來決定需要設計的主軸的參數(shù)化模型。參數(shù)定義之后，就可以用參數(shù)來代替相應的尺寸，當需要改變主軸的幾何尺寸時，只要在參數(shù)定義的命令流段上修改相應參數(shù)的值，建模部分中的參數(shù)值隨之改變，這樣就能快速得到不同類型的主軸模型。 劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的一個重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問題較多，需要的工作量較大，所劃分的網(wǎng)格形式對計一算精度和計算規(guī)模將產(chǎn)生直接影響。針對不同的分析對象和不同的分析要求，劃分單元的準則側重點和采取的方法也有所不同。網(wǎng)格劃分中要綜合考慮分析要求和對象結構特征，選用適當?shù)膯卧愋秃蛥?shù)進行劃分。本課題所設計的一對軸選用單元類型為3D四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格參數(shù)大小為10mm。劃分結果如圖51。圖51 網(wǎng)格劃分結果所有有限元模型都必須有指定的材料，每一種材料均有相應的材料特性和數(shù)值定義。各種材料己經(jīng)按照基本特性(各向同性、正交各向同性、各向異性等)進行分類，在相應類別材料庫附有大部分常用材料。也可以通過指定材料各種參數(shù)，生成一種新的材料供使用。 本課題定義的軸材料類型為45。載荷與約束載荷、約束和仿真對象都被認為是邊界條件。本設計所仿真的主軸所設定的邊界條件是：在與動錐接觸的主軸上端斜軸添加應力載荷，即徑向力，大小為5598N。在主軸下端的軸肩處添加固定位移約束，整個主軸則是仿真對象。進行分析的條件：設計目標：重量約束目標：以應力為變化對象，應力上限值225MPa,設計分析其它參數(shù)如下：模型 Von Mises 應力, 上限 = 225MPa 設計變量：zhuzhou2::p218，初值 = 94m，下限 = 70mm， 最大迭代次數(shù)： 20收斂參數(shù)：Max Constraint Violation (%): Relative Convergence (%) : Absolute Convergence : Perturbation Fraction : 根據(jù)圖52和圖53，結構的實際應力值小于材料的需用應力值（225MPa），因此需要對結構進行優(yōu)化，在原有材料不變的情況下，減少結構尺寸來降低零件成本。由圖分析可見，在軸94mm515mm結構處，實際應力偏小，而結構相對較大。有限元分析過程中既有大量的初始信息需要加工，同時也產(chǎn)生相當數(shù)量的結果信息。這些信息要被分析者理解并加以利用，必須進行進一步的加工處理。后處理就是應用可視化技術，將分析結果以顏色、密度、透明度等手段，變不可見為可見，使應力、應變、位移等物理量直觀顯現(xiàn)出來。優(yōu)化目標：結構重量最?。粌?yōu)化約束：使實際應力值接近材料的需用應力力值；優(yōu)化尺寸：94mm515mm中的直徑尺寸。圖52初始位移值圖53初始應力值圖54優(yōu)化分析結果根據(jù)圖54優(yōu)化分析結果可知，當?shù)谌偷谒拇螘r應力已經(jīng)超過允許的最大應力，第一次和第二次雖然符合應力要求但不是最優(yōu)解故也應該舍去。當達到第五次優(yōu)化時軸應力最合理。圖55最終優(yōu)化應力圖56應力優(yōu)化過程圖 通過圖56和57可以知道優(yōu)化過程中變化曲線從曲線上我們可以看出，優(yōu)化過程中應力的變化從而答到滿足是使用需求的優(yōu)化結果。圖57軸重量優(yōu)化顯示由軸的歷史記錄可知，經(jīng)過優(yōu)化之后軸的重量變輕（如圖5—7所示），(如圖5—6所示),，還是與材料原許用應力值有一定的差距，但綜合考慮軸的工作環(huán)境、剛度、強度、疲勞壽命及軸的穩(wěn)定性可知，主軸的優(yōu)化結果符合實際的要求，最終軸徑選擇為72mm是可行的。綜合優(yōu)化分析的結果總結出提高軸的強度的方法：（1）改變的直徑；(2)減小軸上載荷；（3）改進軸的表面質量，以提高軸的疲勞強度（4）改變軸的材料考慮到工藝設計要求，本設計不適合大量生產(chǎn)，盡管優(yōu)化結果理論上達到最優(yōu)解，但工藝工程實現(xiàn)困難，故不采用，還選用94mm。總 結本文結合傳統(tǒng)設計，實現(xiàn)對圓錐齒輪換向器的各個零部件進行了參數(shù)化建模、強度校核和裝配等過程，同時對該模型進行了有限元分析。在此過程中，認真學習和研究了錐齒輪換向器的結構和功能，特別是對于錐齒輪傳動有了更深入的理解。隨著齒輪工業(yè)的發(fā)展，一些新的功能需要不斷地加入到系統(tǒng)中去，因此，為了達到系統(tǒng)的專業(yè)化和實用化，今后的工作會更加艱巨和繁重。實現(xiàn)換向器功能的錐齒輪種類繁多，在本論文中，只圍繞直齒錐齒輪進行參數(shù)化的三維建模和有限元分析的介紹。為了實現(xiàn)在實際生產(chǎn)和具體工程中的應用，完善和加強傘齒換向器系統(tǒng)，還需要嘗試其它功能的機構去實現(xiàn)。幾個月的畢業(yè)設計至此即將結束，在此期間我學到了很多新的知識，同時鍛煉了我對問題的分析思考能力和解決問題的能力。本次畢業(yè)設計不僅將以前所學的知識進行了一次系統(tǒng)的復習與鞏固，更是將這些知識的內(nèi)容應用到了實際之中，是一次很好的理論與實際相結合的設計，這為我將來的工作奠定了一個基礎。相信我今后的生活與工作都將受益于本設計。參考文獻[1] 濮良貴，紀名剛. 機械設計. 第八版. 北京. 高等教育出版社. 2006[2] 王建國，安娜. 機械制圖。內(nèi)蒙古自治區(qū)。內(nèi)蒙古大學出版社。2003[3] 孫恒，陳作模，葛文杰. 機械原理. 第七版. 北京. 高等教育出版社. 2006[4] 成大先. 機械設計手冊第五版第二卷. 北京. 北京化學工業(yè)出版社. 2008[5] 成大先. 機械設計手冊第五版第三卷. 北京. 北京化學工業(yè)出版社. 2008[6] 。[7] 于慧力，. [8] 龔溎義，潘沛霖，. 2009[9] NX [10]李麗華，趙娟，唐宏偉. UG NX [11] Jonathan Wickert，Gear Introduction，An Introduction to Mechanical Engineering, Xi′an Jiaotong University [12] ParallelismPaul kapinos，dieter an Simulation of Bevel Gear Cutting Processes with OpenMP Notes in Computer [13] Dara Entekhabi . UG 39。s Guide. Unigraphica Soluton [14] Yudong Zhang,Yuankai Huo。Feature Extraction Of Brain Mri By Stationary Wavelet Transform And Itsapplications. Journal of Biological Systems (JBS).2010[15] Dr. J. B246。rner,　K. Humm,　Dr. F. Joachim,　Dr. H. Friedrichshafen AG , 88038Friedrichshafen, Germany；2003謝 辭值此畢業(yè)之際，首先感謝我尊敬的指導老師劉海老師，本設計的完成得益于劉老師和李華強老師對我課題結構框架、材料收集、論文修改的精心指導！在這個過程中，老師們淵博的知識和嚴謹?shù)闹螌W風范、求實創(chuàng)新的工作精神，給我留下了深刻的印象。老師言傳身教使我受益匪淺，尤其他對人謙和、品格高尚的做人準則，必將對我今后的學習和工作有很大的幫助，是我做人的楷模。在以后的人生道路上，我一定奮發(fā)向上、努力進取，不辜負老師對我的教導。此外，還得感謝我的父母，在我多年的求學生涯中給了我無私的關愛，是我成長的堅強后盾。最后，向培養(yǎng)我的母校，關心和支持我學習的所有老師、同學表示最誠摯的謝意！40