机床动力卡盘的UG有限元分析论文.doc

1、III机床动力卡盘的UG有限元分析摘 要UG NX是当今最流行的CAD/CAE/CAM一体化软件，它内容丰富、功能强大，为用户提供了集成最先进技术和一流实践经验的解决方案，能够把任何产品构想付诸于实际.它涵盖了工业设计中的制造、装配、加工、仿真和分析等领域.本设计是以机床动力卡盘和推拉螺栓为对象应用UG6.0 一步步建立它们的三维实体模型，通过对动力卡盘和推拉螺栓进行约束分析后得到它们应施加的载荷和约束，然后进行施加，随后导入ansys解算器中对它们进行一定程度的静态有限元求解分析.关键词：UG，动力卡盘，推拉螺栓，ansys，有限元分析 Chuck of the machine power

2、of UG-based finite element analysisABSTRACTUG NX is the most popular CAD / CAE / CAM integration software, content-rich, powerful, integrated the most advanced technology and world-class practical experience to provide users with a solution, any product ideas to put in the actual. covering the field

3、 of manufacturing, assembling, processing, simulation and analysis in industrial design the design is based on machine power chucks and sliding bolt application UG6.0 object step by step to build their three-dimensional solid model of power chuck and sliding bolt constraint analysis of loads and con

4、straints should be imposed, and then proceed to impose, and then import ansys solver them a certain degree of static finite element solution.Key words: UG, power chucks, sliding bolts, Ansys, Finite Element Analysis目 录摘要 ABSTRACT 1 引言11.1 机床动力卡盘的UG有限元分析11.2 课题的目的及意义11.3 课题的技术现状及发展趋势11.4 软件介绍 1 1.4.1

5、 UG21.5卡盘介绍3 1.5.1 卡盘简介 3 1.5.2 国内外卡盘的研究背景 5 1.5.3 三抓卡盘极限转速计算6 1.5.4 三爪自定心卡盘的基本参数和尺寸72 卡盘在UG下的有限元分析112.1 概述112.2创建几何模型122.2.1 推拉螺栓的实体建模122.2.2 滑轴实体建模152.3 有限元模型的建立22 2.3.1 滑轴有限元模型的建立22 2.3.2推拉螺栓有限元模型的建立313 求解及结果分析394 结论44致 谢 45参考文献 4645机床动力卡盘的UG有限元分析 1 引言1.1 机床动力卡盘的UG有限元分析概述应用 UG结构分析功能对动力卡盘进行静态有限元分析

6、。应用 UG进行仿真分析 ,首先要抽象出系统的力学结构和物理特性 ,建立几何模型。然后根据系统各零部件的运动规律确定其约束关系。施加约束 ,最后施加力驱动或运动驱动进行仿真分析。1.2 课题的目的及意义课题的目的在于学生在老师的指导下，初步尝试独立从事设计工作，综合运用所学的基础理论、专业知识、基本技能应对和处理问题，对四年所学知识和技能进行系统化、综合化运用、总结和深化。运用UG的有限元分析模块对机床动力卡盘进行有限元分析，为机床动力卡盘的设计制造提供更好的理论依据。课题的意义在于加深对机械专业相关课程理论的认识，学习UG有限元分析方面的基础知识，提高模型分析方面，特别是有限元分析的能力，培

7、养独立完成设计能力。1.3 课题的技术现状及发展趋势技术现状：在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算。从单纯的结构力学计算发展到要求解许多物理问题，有限元分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板、壳和实体等连续固体力学分析，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。而且从理论上也证明只要用于离散求解对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于理论值。所以近年来有限元方法已经发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流和声场等问题的求解计算，最近又发展到求解几个交叉学科的问题。与CAD软件的无缝集成当今有限元分析系统的另一个特点是通用CAD软件的

8、集成使用，即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计厚，自动生成有限元网格并进行计算，如果分析的结果不符合设计要求则重新进行造型和计算，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。发展趋势： 随着数值分析方法的逐步完善，尤其是计算机运算速度的飞速发展，有限元分析的发展方向十分明确，建立对用户非常友好的GUI（Graphics User Interface），使用户能一刻是图形法师直观快算地进行网格自动划分，申城有限元分析所需数据，并按要求将大量的计算结果整理成变形图、等值分布云图，便于极值搜索和数据的列表输出。1.4 软件介绍1.4.1 UGUG（Unigraphics）软件是 EDS 公司（

9、原UnigraphicsSolutions 公司 ,后成为其中 UGS部门）推出的集 CAD/CAE/CAM 为一体的三维参数化设计软件之一 ,其最新的版本 UG NX不但继承了原有 UG软件的各种强大功能 ,而且与该公司的另一产品 I-deas软件功能相互结合 ,共同构建了功能更加全面的辅助设计环境。UG NX是当今最流行的CAD/CAE/CAM一体化软件，它内容丰富、功能强大，为用户提供了集成最先进的技术和一流实践经验的解决方案，能够把任何产品构想付诸于实际。UG NX涵盖了工业设计中的制造、装配、加工、仿真和分析等领域。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，

10、提供了经过实践验证的解决方案。Unigraphics NX为设计师和工程师提供了一个产品开发的崭新模式，它不仅对几何的操纵，更重要的是团队将能够根据工程需求进行产品开发。Unigraphics NX能够有效地捕捉、利用和共享数字化工程完整过程中的知识。Unigraphics NX界面如图1-1： 图 1-1 NX界面UG建模界面如图1-2：图 1-2 UG建模界面1.5 卡盘介绍1.5.1 卡盘简介“卡盘”是机床上用来夹紧工件的机械装置，通常分为三爪卡盘（如图1-3）和四爪卡盘（如图 1-4）。通常，卡盘与动力工具的驱动轴相连接，用于夹紧各种加工工具的轴以使得加工工具随着动力工具的驱动轴转动。

11、已研发出多种卡盘，所采用的最普通的卡盘使用三个卡钳卡住加工工具的轴。这种类型的卡盘能够牢固的卡住具有圆形和多边形横截面的轴。当所述卡盘被收紧时所述卡钳以较小的直径关系朝向彼此移动而当所述卡盘被放松是所述卡钳以较大的直径关系远离彼此移动。而对于极限转速的分析现在在国内比较空白。随着对卡盘研究的进一步深人，机床主轴高速转动情况下，卡盘的振动和噪声已经引起人们足够的重视。卡体作为卡盘的一个重要部件，对其进行模态分析研究有着重要的意义。1-3 三爪卡盘 1-4 四爪卡盘三爪自定心卡盘利用三个螺钉，通过盘体止口端面上的螺孔，将卡盘紧固在机床法兰上。将扳手插入任一齿轮方孔中，转动扳手时，小齿轮带动盘丝转动

12、，通过盘丝端面螺纹的转动，带动三块卡爪同时趋进或离散。该产品采用内外两副卡爪，根据工件的形状和尺寸进行选用。三爪卡盘又称自定心卡盘，原理是这样的，在一个圆锥形齿轮的背面加工有平面螺纹。当使用钥匙转动卡盘时，带动圆锥齿轮转动，平面螺纹和活动卡爪相啮合，这样就使三个卡爪同时向中心移动。三爪自定心卡盘，用于多种金属机床上，能自定中心夹紧或撑紧圆形、三角形、六边形等各种形状的外表面或内表面的工件，进行各种机械加工，夹紧力可调，定心精度高，能满足普通精度机床的要求。三爪自定心卡盘有两种连接型式：短圆柱及短圆锥。前者通过过渡盘与机床主轴连接，以适应早些年我国机床主轴端部不统一状况。随着主轴端部标准JB25

13、21-79法兰式车床主轴端部尺寸及GB/T5900-97机床法兰式主轴端部与花盘互换性尺寸相继制订，按GB5900规定生产的短圆锥式卡盘不通过过渡盘直接与机床连接，使机床工具系统刚性大大提高。从而提高了加工质量，目前短圆柱连接卡盘作为传统产品列入标准，以适应市场需要。当对短圆柱卡盘进行几何精度检验时，尚需注意应使其过渡盘连接为无间隙配合，以免定位误差影响检验精度。卡盘装夹工件有下列优点:a.能稳定地保证工件的加工精度；b.能提高劳动生产率；c.能扩大机床的使用范围；d.能降低成本。1.5.2 国内外卡盘的研究背景随着工业革命的发展，从上个世纪开始，人们对机床进行了大量的卓有成效的研究和创新。做

14、为机床主要附件的三爪自定心卡盘自从1863年在美国Bull Hatt工厂问世以来，到目前为止已经形成许多不同形式的卡盘，从适用于普通机床的三爪自定心卡盘到精密数控机床的动力卡盘，这些发明都凝结这人类智慧的结晶。但到了本世纪六十年代，随着机械工业的精密化程度提高，对原有机床精度特出挑战。从而促使人们对原有机床组件进行大量重新研究。其中主要附件之一的机床卡盘人们忽视了。由于人们注重卡盘的机构运动，忽略了对其内容关键零件盘丝、锥齿轮的理论研究，最终导致机床整体精度不高。试想，机床主轴制造、安装再精确，科联结它的卡盘头有很大的误差，床头跳动大，机床整体精度是根本上不去的。在我国这方面的研究几乎是很少。

15、做为全世界最大的三爪卡盘生产厂家呼和浩特机床附件厂，也只是在如何提高产品精度的加工方法上下工夫，而忽略了对其关键零件的理论分析。我国的三爪卡盘的产品设计只是测绘国外产品零件，然后套用已有的产品图纸（也是以前测绘的），严格控制零件的尺寸和形状公差，再根据具体情况增加一些提高精度的辅助方法，例如：加调整螺钉。当然，我国经过几十年的发展，也形成了一系列的卡盘国家标准，但缺乏理论基础。所以卡盘的精度问题的结症找不到。如果理论设计有问题，再好的加工工艺和设备也无法突破对精度的日益提高的要求。目前，三爪自定心卡盘的用量仍然十分巨大，每年大约需要四十万台，四亿元人民币。搞好它的质量对我国的机械加工业有着很重

16、要的现实意义。机床卡盘种类大致分以下种类：1.手动盘丝类自定心卡盘，2.电动类卡盘，3.气动类卡盘，3.楔形动力类卡盘。本壳体主要研究手动盘丝类自定心卡盘。这类卡盘的工作原理是：利用三个可以用扳手转动的锥齿轮作为动力源，带动锥齿轮的啮合，被动轮结构采用平面螺纹形式，旋转带动三个卡爪在线槽内做等进的直线运动，从而达到夹紧工件的功能。由于我国整体工业水平的关系，机床工业的发展与国外先进国家相比，存在着一定的差距。作为机床主要附件的动力卡盘，它的设计与制造也存在同样的情况，长期以来动力卡盘的生产企业通常是作为机床厂的配套厂家。由于机床的技术水平关系，一定程度上抑制了动力卡盘技术水平的提高。下面将从结

17、构设计与制造等方面来分析比较国内外动力卡盘的整体研究水平。国内的动力卡盘普遍特点是品种不多、规格不全、功能可靠性差、质量稳定性不高、精度较低等，如高速动力卡盘、高速回转油缸，常有夹紧速度慢、夹紧不可靠、个别端面变形、某些高速回转油缸有卡死(抱轴)现象等发生。为适应数控机床、加工中心等先进机床的发展，不断提高国产机床附件为主机的配套率。动力卡盘不仅要在多品种、规格全、功能可靠性好上下功夫开发研制，而且也应及时了解使用中发生的问题，为不断改进设计提供可靠的经验。高速动力卡盘、高速回转油缸要求大通孔精度小于等于0.03m，转达到5000-6000r/min左右规格系列化功能可靠性要达到国外同类产品水

18、平(如日本的即可)同时亦可开发可转位卡盘、分度卡盘、浮动卡盘、薄膜卡盘、轮毅卡盘等特种用途的专用卡盘。左右规格系列化功能可靠性要达到国外同类产品水平(如日本的即可)同时亦可开发可转位卡盘、分度卡盘、浮动卡盘、薄膜卡盘、轮毅卡盘等特种用途的专用卡盘。目前国内卡盘类产品主要生产厂家是呼和浩特机床附件总厂、烟台第二机床附件厂、无锡建化机床厂、瓦房店机床附件厂、天津机床附件厂、东阳市机床附件有限公司、甘肃平凉市机床附件厂，浙江园牌机床附件厂、浙江机床附件厂等，卡盘类产品总产量较5年前增长了5-6倍，发展较快。从国内市场来看，目前数控机床销售都以中低档产品为主，对数控附件来说，高端产品市场在没有形成批量

19、销售之前，主要还是以中低档产品为主。在西方发达国家动力卡盘占据了很大的市场，手动卡盘虽有一定市场，但需求不断下降。德国雄克公司曼根(Mengen)分厂具有数十年设计生产机床卡盘类产品的经验，至今为止已设计生产出800多种不同规格的机床卡盘。雄克高速动力卡盘具有夹持精度高、磨损小、夹紧力大而稳定、动平衡性能好的特性，特别适用于高速计算机数控车床。动力卡盘在国内外特别在欧洲已被大量采用，主要应用在加工中高精度数控机床，普通机床采用数量也不断增加，以德国著名的卡盘生产Forkardt公司为例，该公司设计生产13大类不同结构形式，150多种不同系列规格的动力卡盘;日本的北川公司(Kitagawa)，美

20、国的Cushman公司等也有和Forkardt公司类似的情况，这些著名厂家的拳头产品都是动力卡盘。 1.5.3 三爪卡盘极限转速计算三爪卡盘的极限转速，是车削工艺中一项重要的安全性能指标。因此需要对卡盘的极限转速进行理论分析计算，此计算结果与用试验检测的结果有一定的差距，在卡盘极限转速的性能指标上应按照试验检测的结果。由于没有试验器材，在此按照常见的卡盘极限转速计算公式（1- 1）进行理论计算。由力学公式【2】: （1-1）式中： 卡盘的极限转速1.5.4 三爪自定心卡盘的基本参数和尺寸（1）卡爪结构形式与卡盘直径配置关系（见表1-1）表1-1 三爪自定心卡盘的基本参数 卡盘连接形式卡爪结构形

21、式卡盘直径 D （mm）801001251602002503154005006308001000 短圆柱连身爪活爪反正爪短圆锥连身爪活爪反正爪注：连身爪：正爪、反爪各一副分别使用的卡爪，称连身爪。 活爪：由卡爪滑座组成，一副卡爪可调整为正爪或反爪使用的卡爪称活爪。 反正爪：一副卡爪可作为正爪或反爪使用的卡爪，称反正爪。表中符号，普通卡盘一般不选用。（2）短圆柱卡盘的基本参数和尺寸（见图1-5、表1-2）图1-5 短圆柱卡盘的尺寸表2中D1的尺寸公差带精密卡盘为H6，普通卡盘为H7。表1-2 卡盘的基本参数规格 DD1D2D3HH1H2hz-d8055661666503.53M610072842

22、274.5553M812595108308458413010011586603.51601301424095655160A1097116514596.566.54.5200165180657553M10200C12278200A80240195215701208083M12240C13084250206226801205250C13084250A13686315A260285100153909563M16325C272296154.596102.55325A169.5105.5380C325350135156.598104.56380A171.5107.5400A340368130172100

23、108500A4404652102021151266M16（3）三抓自定心卡盘夹紧、撑紧尺寸范围（见图4、表1-3）图1-6 三抓自定心卡盘本设计的卡盘定位尺寸为K11 250/C6型卡盘的定位尺寸，各个零件的基本尺寸由卡盘盘体的基本尺寸所设计表1-3 三爪自定心卡盘的撑紧尺寸范围卡盘直径D（mm）正爪反爪夹紧尺寸范围撑紧尺寸范围夹紧尺寸范围AA1BB1CC18022225702263100230309030801252.540381253811016035550160551452004856520065200250611080250902503151014095315100315400152

24、10120400120400500252801505001505002 卡盘在UG下的有限元分析2.1 概述 UG有限元分析有两个主要模块:UG/Scenario for Structures 和 UG/Scenario for ANSYS。其中 UG/Scenario for Structures 模块是集成的有限元分析工具 ,它使用 MSC划分网格 ,可用 StructuresP.E. 、NASTRAN 和 ANSYS 解算器计算(StructuresP.E.是由 UGS公司自己开发的线性有限元解算器) 。UG/Scenario for ANSYS 模块 ,使用ANSYS格式划分网格 ,并

25、用 ANSYS 解算器计算。本文就是在 UG/Scenario for Structures 下进行建模仿真 ,用 ANSYS 解算器计算求解。UG/Scenario for Structures 是一个集成的 CAE 工具它将几何模型转换成有限元模型进行分析求解，并以图形方式显示分析结果。该模块是专门针对设计工程师和用几何模型进行分析的专业人员而开发的，其功能强大，使用方便。概括起来，UG/Scenario for Strudtures具有以下特点：交互操作简单；前置处理功能强大；支持多种解算器；主模型与有限元数据的关联性好；集成性强；后置处理功能强。以下是应用UG结构分析功能对动力卡盘进行

26、静态有限元分析。应用UG进行仿真分析，首先要抽象出系统的力学结构和物理特性，建立几何模型。然后根据系统各零件的运动规律确定其约束关系。施加约束，最后施加力驱动或运动驱动，进行仿真分析。（1）卡盘结构示意图（如图2-1）图2-1 卡盘结构示意图1一调整螺母；2一滑座；3T一形块；4一连接螺钉；5一卡爪；6一滑轴；7一推拉螺钉；8一防尘盖；9一紧定螺钉；10一六角螺钉；11一卡体；（2）动力卡盘数据：滑轴行程18mm；卡爪行程7.6mm；许用推拉力2200N；最大夹紧力4500N，最高转速4500r/ min。2.2 创建几何模型UG NX 6.0实体建模通过拉伸、旋转、沿导线扫描等建模特征，并辅

27、之以布尔运算，将基于约束的特征造型和显示的直接几何造型功能无缝的集合为一体。提供了用于快速有效地进行概念设计的变量化草图工具、尺寸编辑和用于一般建模和编辑的工具，使用户可以进行参数化建模，又可以方便地用非参数化方法生成二维、三维线框模型。拉伸、旋转、沿导线扫描等特征也可以将部分参数化或非参数化模型进行二次编辑，方便地生成复杂机械零件实体模型。2.2.1 推拉螺栓的实体建模（1）启动UG 6.0（2）单击新建图标，弹出“文件”对话框。如图2-2所示。在文件名中输入“tuilaluoshuan”，选择“模型”选项，单击“确定”按钮，进入UG NX界面图2-2 UG NX新建文件界面（3）在菜单中选

28、择“插入”“草图”，或者单击特征工具栏中的图标，进入草图绘制界面，选择XCYC平面为工作平面绘制草图，绘制完毕草图如图2-3所示。单击工具栏中的图标，完成草图绘制。图2-3 草图（4）在菜单中选择“插入”“设计特征”“拉伸”，或者单击工具栏中的图标，弹出如图2-4的拉伸对话框，选择上步绘制的草图。在限制栏中起始和结束数值输入栏分别输入0，25，其他默认。单击“确定”按钮，创建拉伸特征1，如图2-5所示。图2-4 拉伸对话框 图2-5 拉伸后的实体（5）在菜单中选择“插入”“草图”，或者单击特征工具栏中的图标，进入草图绘制界面，选择如图2-6所示平面为工作面绘制草图，绘制后的草图如图2-6所示，

29、单击工具栏中的图标，完成草图绘制。图2-6 草绘图（6）在菜单中选择“插入”“设计特征”“拉伸”，或者单击工具栏中的图标，弹出如图2-7的拉伸对话框，选择上步绘制的草图。在限制栏中起始和结束数值输入栏分别输入0，110，其他默认。单击确定按钮，创建拉伸特征2，如图2-8所示。110图2-7 拉伸对话框 图2-8 拉伸的实体2.2.2 滑轴实体建模（1）启动UG 6.0（2）单击“新建”图标，弹出“文件”对话框。如图2-9所示。在文件名中输入“huazhou”，选择“模型”选项，单击“确定”按钮，进入UG NX界面图2-9（3）在菜单中选择“插入”“草图”，或者单击特征工具栏中的图标，进入草图绘

30、制界面，选择XCYC平面为工作平面绘制草图，绘制完毕草图如图2-10所示。单击工具栏中的图标，完成草图绘制。图2-10（4）在菜单中选择“插入”“设计特征”“拉伸”，或者单击工具栏中的图标，弹出如图2-11的拉伸对话框。120图2-11 （5）选择上步绘制的草图，在限制栏中起始和结束数值输入栏分别输入0，120，其他默认。单击确定按钮，创建拉伸特征1，如图2-12所示。图2-12（6）在菜单中选择“插入”“基准/点”“基准平面”，或者单击工具栏中的图标，弹出如图2-13的基准平面对话框，选择“成一角度”。在限制栏中角度数值输入栏输入160，平面对象和线性对象根据实体选择。图2-13（7）单击“

31、确定”按钮，创建基准平面1，如图2-14所示图2-14（8）再次单击工具栏中的图标，弹出如图2-15的基准平面对话框，选择“按某一距离”。在限制栏中距离数值输入栏输入30，选择上述基准平面。单击“确定”按钮，创建基准平面2，如图2-16所示。图2-15（9）基准平面在实体图中的位置如图2-16所示。图2-16（10）进入草图绘制界面，选择上一步建立的基准平面为工作平面绘制草图，绘制完毕草图如图2-17所示。单击工具栏中的图标，完成草图绘制。图2-17（11）进入拉伸界面，选择上步绘制的草图。在限制栏中起始和结束数值输入栏分别输入30，其他默认。单击“确定”按钮，创建拉伸特征1，如图2-18所示

32、。图2-18（12）在菜单中选择“插入”“组合体”“求差”，或者单击工具栏中的图标，弹出如图2-19的求差对话框。图2-19（13）选择目标实体。单击“确定”按钮，创建实体，如图2-20所示。图2-20按第（6）-（13）步骤重复做出另外两个斜切面，如图2-21所示。图2-212.3 有限元模型的建立2.3.1 滑轴有限元模型的建立（1） 准备工作1）启动UG NX系统后，单击主菜单打开图标或在菜单中选择“文件”“打开”，弹出如图2-22所示的“打开部件文件”对话框。图2-222）选择目标实体目录路径和模型名称：E:UG2UGIIhuazhou.prt，单击“OK”按钮，在Unigraphic

33、s系统中打开目标模型。3）单击“开始”下拉菜单中的高级仿真图标，进入高级仿真界面。4）单击屏幕左侧“仿真导航器”，进入仿真导航器界面并选中模型名称，单击右键，在弹出的下拉菜单中选择“新建FEM和仿真”，弹出如图2-23所示的“新建FEM和仿真”对话框。图2-235）接收系统各选项，单击“确定”按钮，弹出如图2-24所示的“创建解法”对话框。图2-246）单击屏幕左侧“仿真导航器”，进入仿真导航器界面并选中huazhou_fem1结点，单击右键，在下拉菜单中选择“设为显示部件”进入编辑有限元模型界面。（2）材料选择1）单击“有限元模型”工具条中的材料特性图标或在菜单中选择“工具”“材料属性”，弹

34、出如图2-25所示的“材料”对话框。图2-25a.45号钢,45号钢是GB中的叫法,JIS中称为:S45C,ASTM中称为1045,080M46,DIN称为:C45 。它的化学成分中含碳量是0.420.50%，Si含量为0.170.37%Mn含量0.500.80%Cr含量=0.25%。推荐热处理温度：正火850，淬火840，回火600。45号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理 。. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。. 45钢是轴类零件的常用材料

35、，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。. 45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。b. 42CrMo其对应国际标准组织牌号:42CrMo4;对应日本牌号:SCM440;对应德国牌号:42CrMo4; 对应美国牌号:4140特性及适用范围： 强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度。用于制造要

36、求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹，也可用于 2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具，并且可以用于折弯机的模具等。c. 40Cr我国GB的标准钢号是40Cr、德国DIN标准材料编号1.17035/1.7045、德国DIN标准钢号41Cr4/42Gr4、英国EN标准钢号18、英国BS标准钢号41Cr4、法国AFNOR标准钢号42C4、法国NF标准钢号38Cr4/41Cr4、意大利UNI标准钢号41Cr4、比利时NBN标准钢号42Cr4、瑞典SS标准钢号2245、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、日本

37、JIS标准钢号SCr440(H)/SCr440、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、国际标准化组织ISO标准钢号41Cr4。特性：中碳调制钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550570进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。用途：这种钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、后半轴以及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及

38、中等速度工作的零件，如齿轮、主轴、油泵转子、滑块、套环等；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、 螺钉、螺帽、进气阀。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。综合考虑上述三种材料，根据卡盘的运动特性，受力特点，选用45钢为滑轴和推拉螺母的材料。2）在材料选择对话框中选中模型和赋予的材料，点击“确定”完成材料设置。在图12中点击图标可

39、以显示材料属性。如图2-26所示。图2-26（3）网格划分1）定义单元属性UG结构分析提供了两种类型的网格生成器：MSC和ANSYS.MSC实体网格生成器，用于实体上产生4节点或10节点的四面体单元。此外，MSC实体网格生成器，还可根据实体表面上存在的三角形壳单元产生四面体单元，并与之连接。一般选用10节点四面体单元（Tetra）。ANSYS实体网格生成器，提供了另外一种产生三维网格的方法，当用户需要用实体边属性控制生成时，使用该生成器比较理想。2）执行网格划分单击“有限元模型”工具条中的四面体网格图标或在菜单中选择“插入”“网格”“3D四面体网格”，弹出如图2-27所示的“3D网格”对话框。

40、 图2-27选择屏幕中需要划分的网格模型，激活“3D网格”对话框中各个选项，设置各选项。选择滑轴为选择体，设置Type为CTETRA10，网格单元大小自动划分，单击完成。三维网格划分结果如图2-28所示。图2-28（4） 创建约束 1）单击屏幕左侧“仿真导航器”，进入仿真导航器界面并选中huazhou_fem1名称，单击右键，在下拉菜单中选择显示仿真-huazhou_sim1.sim，进入仿真模型界面。 2）单击约束类型下拉菜单并选择固定约束，弹出如图2-29所示的“固定约束”对话框。图2-293）分析：卡盘的滑轴来回运动，推动滑座径向运动。为了限制推拉螺钉的轴向移动，要在圆柱体外环面限制X、Y、Z三个方向的自由度。同时在对称面上加对称约束。滑轴移动要在内孔圆柱环面施加约束。在固定约束对话框中选定需要施加约束的模型面，如图2-30所示，单击“确定”，完成约束的设置。施加约束面图2-30（5）创建载荷1）滑轴在三个斜槽受力面上最大正压力为18333N。2）单击载荷类型下拉菜单并选择压力或在菜单中选择“插入”“载荷”，弹出如图2-31所示的“压力”对话框。在屏幕中选择模型面施加压力载荷将类型、名称、压力和单位各选项分别设置为法向压力、Pressure（1）、0.8和Mpa。单击确定，完成载荷设置。图2-312.3.2. 推拉螺钉有限元模型的建立（1）准备工作