第3例复杂形状实体的创建实例——螺栓_ANSYS机械工程应用精华60例-QQ阅读男生历史网

书名：ANSYS机械工程应用精华60例
作者名：高耀东等主编
本章字数：3664字
更新时间：2020-08-27 00:40:09

第3例复杂形状实体的创建实例——螺栓

本例提示

在使用ANSYS软件进行结构分析时，建立实体模型是最复杂、最难以掌握的一个过程。因此，读者必须熟练掌握实体模型的创建。本例使用ANSYS软件提供的各种建模工具，对复杂形状实体的创建进行练习。

3.1 螺栓的视图

查螺纹标准，M16的螺距P=2mm，图3-1所示为螺栓视图。

图3-1 螺栓视图

3.2 创建步骤

3.2.1 激活全局圆柱坐标系

拾取菜单Utility Menu→WorkPlane→Change Active CS to→Global Cylindrical。

3.2.2 创建关键点

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，弹出如图3-2所示的对话框，在“NPT”文本框中输入“1”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008, 0, -0.002”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“2”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008, 90, -0.0015”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“3”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008, 180, -0.001”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“4”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008, 270, -0.0005”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“5”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008, 0, 0”，单击“OK”按钮。

图3-2 创建关键点对话框

3.2.3 改变视点

拾取菜单Utility Menu→PlotCtrls→Pan Zoom Rotate，在所弹出的如图3-3所示的对话框中，单击“Iso”按钮，或者单击图形窗口右侧显示控制工具条上的按钮。

图3-3 平移、缩放、旋转对话框

3.2.4 创建螺旋线

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→In Active Coord，弹出拾取窗口，分别在关键点1和2、2和3、3和4、4和5之间创建螺旋线，单击“OK”按钮。

3.2.5 复制螺旋线

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Copy→Lines，弹出拾取窗口，单击“Pick All”按钮，弹出如图3-4所示的对话框，在“ITIME”文本框中输入“7”，在“DZ”文本框中输入“0.002”，单击“OK”按钮。

图3-4 “复制线”对话框

3.2.4节创建了一个螺距的螺旋线，通过复制，又得到6个螺距总长度为12mm的螺旋线。

3.2.6 合并关键点

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Numbering Ctrls→Merge Items，在所弹出的对话框中，选择“Label”为“Keypoints”，单击“OK”按钮。对线作布尔加运算时，相邻线必须有公共关键点。合并关键点，为布尔加运算做准备。

3.2.7 作布尔加运算

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Lines，弹出拾取窗口，单击“Pick All”按钮。单击“Add Lines”对话框中的“OK”按钮，对所有螺旋线求和，得到一条新的螺旋线。

3.2.8 创建关键点

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，弹出如图3-2所示的对话框，在“NPT”文本框中输入“80”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008+0.0015/4, 90, 0.012+0.002/4”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“81”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008+2×0.0015/4, 180, 0.012+2×0.002/4”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“82”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008+3×0.0015/4, 270, 0.012+3×0.002/4”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“83”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008+4×0.0015/4, 0, 0.012+4×0.002/4”，单击“OK”按钮。

3.2.9 创建螺纹收尾曲线

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→In Active Coord，弹出拾取窗口，分别在关键点35和80、80和81、81和82、82和83之间创建螺纹收尾曲线，单击“OK”按钮。

3.2.10 激活全局直角坐标系

拾取菜单Utility Menu→WorkPlane→Change Active CS to→Global Cartesian。

3.2.11 创建关键点

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，弹出如图3-2所示的对话框，在“NPT”文本框中输入“90”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.008, 0, -0.000 25”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“91”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.006918, 0, -0.002”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“92”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.006918, 0, 0”，单击“OK”按钮。

3.2.12 显示关键点号、线号

拾取菜单Utility Menu→PlotCtrls→Numbering，弹出如图3-5所示的对话框，将关键点号和线号打开，单击“OK”按钮。

图3-5 图号控制对话框

3.2.13 显示关键点和线

拾取菜单Utility Menu→Plot→Multi- Plots。

3.2.14 创建直线

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→Straight Line，弹出拾取窗口，分别在关键点1和90、91和92之间创建直线，单击“OK”按钮。

3.2.15 创建直线

分别过关键点1、90作直线，所作直线与直线7夹角为60°。拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→At angle to line，弹出拾取窗口，拾取直线7，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取关键点90，单击“OK”按钮，弹出如图3-6所示的对话框，在“LANG”文本框中输入“60”，单击“OK”按钮。于是过关键点90做出了一条与直线7夹角为60°的直线，用同样的方法过关键点1作与直线7夹角为120°的直线。

图3-6 角度对话框

提示：如果在图形窗口中不能分辨出所需要的关键点，可以用“Pan Zoom Rotate”对话框进行视图放大、缩小。

3.2.16 创建面

创建由直线6、9、10、11所围成的等腰梯形面。拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→By Lines，弹出拾取窗口，依次拾取直线6、9、10、11，单击“OK”按钮。

3.2.17 由面挤出体

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→Along Lines，弹出拾取窗口，拾取等腰梯形面，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，依次拾取螺旋线、螺纹收尾曲线，单击“OK”按钮。于是，得到了一组与螺纹沟槽相对应的体。

提示：挤出时，需花费较长的运算时间。

3.2.18 打开面号、体号，关闭关键点号、线号

拾取菜单Utility Menu→PlotCtrls→Numbering，将关键点号和线号关闭，将面号、体号打开，使图形窗口整洁。

3.2.19 创建圆柱体

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Cylinder→By Dimension，弹出如图3-7所示的对话框，在“RAD1”文本框中输入0.0079，在“Z2”文本框中输入“0.04”，单击“OK”按钮。

图3-7 创建圆柱体对话框

3.2.20 作布尔减运算，形成螺纹沟槽

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Volumes，弹出拾取窗口，拾取圆柱体，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取与螺纹沟槽相对应的体，单击“OK”按钮。

提示：减运算时，可能花费较长的运算时间。

3.2.21 重画图形

拾取菜单Utility Menu→Plot→Replot。

3.2.22 创建关键点

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，弹出如图3-2所示的对话框，在“NPT”文本框中输入“93”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.0065, 0, 0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“94”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0.0095, 0, 0.003”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“95”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0, 0, 0”，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入“96”，在“X, Y, Z”文本框中分别输入“0, 0, 0.03”，单击“OK”按钮。

3.2.23 创建直线

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→Straight Line，弹出拾取窗口，在关键点93和94之间创建直线，单击“OK”按钮。

提示：在图形窗口中拾取关键点93和94较困难时，可以在拾取窗口的文本框中输入关键点号后回车，下同。

3.2.24 由线挤出面

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Lines→About Axis，弹出拾取窗口，拾取在关键点93和94之间创建的直线，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取关键点95和96，单击“OK”按钮；弹出“Sweep Lines About Axis”对话框，单击“OK”按钮。

3.2.25 用面划分体，在螺纹端部形成倒角

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Volume by Area，弹出拾取窗口，拾取带螺纹的圆柱体，单击“OK”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取由线挤出形成的4个面，单击“OK”按钮。

3.2.26 删除体

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Delete→Volumes and Below，弹出拾取窗口，拾取倒角被切去的体，单击“OK”按钮。

3.2.27 创建棱柱体

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Prism→By Circumscr Rad，弹出如图3-8所示的对话框，在“Z1, Z2”文本框中分别输入“0.04, 0.05”，在“NSIDES”文本框中输入“6”，在“MAJRAD”文本框中输入“0.0131”，单击“OK”按钮。

图3-8 创建棱柱体对话框

3.2.28 创建圆锥体

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Cone→By Dimension，弹出如图3-9所示的对话框，在“RBOT”文本框中输入“0.03477”，在“RTOP”文本框中分别输入“0.00549”，在“Z1, Z2”文本框中分别输入“0.03, 0.055”，单击“OK”按钮。

图3-9 创建圆锥体对话框

3.2.29 对棱柱体和圆锥体进行交运算，形成倒角

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Intersect→Common→Volumes，弹出拾取窗口，拾取棱柱体和圆锥体，单击“OK”按钮。所创建出的螺栓模型如图3-10所示，其螺纹的大径为16mm，螺距为2mm，螺纹段长度为12mm，螺杆长度为40mm，端部加工有45°的倒角。

图3-10 所创建的螺栓模型

3.2.30 观察模型

拾取菜单Utility Menu→PlotCtrls→Pan Zoom Rotate，在“Pan Zoom Rotate”对话框中，通过改变视点、缩放视图来观察模型。

3.3 命令流

创建螺栓模型的命令流如下：

      /PREP7                                ！进入预处理器
      CSYS,1                                ！切换活跃坐标系为全球圆柱坐标系
      K,1,0.008,0,-0.002                    ！创建关键点
      K, 2, 0.008, 90, -0.0015
      K, 3, 0.008, 180, -0.001
      K, 4, 0.008, 270, -0.0005
      K, 5, 0.008, 0, 0
      /VIEW,1,1,1,1                         ！改变视点
      L,1,2                                 ！创建螺旋线
      L, 2, 3
      L, 3, 4
      L, 4, 5
      LGEN,7,ALL,,,,,0.002                  ！复制螺旋线
      NUMMRG,KP,,,,LOW                      ！合并关键点
      LCOMB,ALL                             ！对螺旋线求和
      K,80,0.008+0.0015/4,90,0.012+0.002/4  ！创建关键点
      K, 81, 0.008+2*0.0015/4, 180, 0.012+2*0.002/4
      K, 82, 0.008+3*0.0015/4, 270, 0.012+3*0.002/4
      K, 83, 0.008+4*0.0015/4, 0, 0.012+4*0.002/4
      L,35,80                               ！创建螺纹收尾曲线
      L, 80, 81
      L, 81, 82
      L, 82, 83
      CSYS,0                                ！切换活跃坐标系为全球直角坐标系
      K,90,0.008,0,-0.00025                 ！创建关键点
      K, 91, 0.006918, 0, -0.002
      K, 92, 0.006918, 0, 0
      /PNUM,KP,1                            ！打开关键点号
      /PNUM,LINE,1                          ！打开线号
      GPLOT                                 ！显示所有实体
      LSTR,1,90                             ！创建直线
      LSTR, 91, 92
      LANG,7,90,60,,0                       ！创建角度线
      LANG, 7, 1, 120,,0
      AL,6,9,10,11                          ！由线创建面
      VDRAG,1,,,,,,1,2,3,4,5                ！由面沿着线挤出
      /PNUM,KP,0                            ！关闭关键点号
      /PNUM,LINE,0                          ！关闭线号
      /PNUM,AREA,1                          ！打开面号
      /PNUM,VOLU,1                          ！打开体号
      CYLIND,0.0079,,0,0.04,0,360            ！创建圆柱体
      VSEL,U,,,6                             ！选择除体6（圆柱体）以外的体
      CM,VVV2,VOLU                           ！创建体组件VVV2
      ALLS                                   ！选择所有
      VSBV,6,VVV2                            ！用体6（圆柱体）减体体组件VVV2，形成螺纹
      /REPLOT                                ！重画图形
      K,93,0.0065,0,0                        ！创建关键点
      K, 94, 0.0095, 0, 0.003
      K, 95, 0, 0, 0
      K, 96, 0, 0, 0.03
      LSTR,93,94                             ！创建直线
      AROTAT,6,,,,,,95,96,360                ！直线绕轴挤出，形成圆锥面
      ASEL,S,,,1,4,1                         ！选择圆锥面
      VSBA,7,ALL                             ！用选择的圆锥面切割带螺纹的圆柱体
      ASEL,ALL                               ！选择所有面
      VDELE,1,,,1                            ！删除被圆锥面切割掉的体
      RPRISM,0.04,0.05,6,,0.0131             ！创建棱柱体
      CONE,0.03477,0.00549,0.03,0.055,0,360  ！创建圆锥体
      VINV,1,3                               ！对棱柱体和圆锥体求交集，形成倒角
      /REPLOT
      VPLOT                                  ！显示体
      FINISH                                 ！退出预处理器

练习题

3-1建立如图3-11所示标准渐开线斜齿圆柱齿轮的几何模型。已知：齿轮的模数mn=2mm，齿数z=24，螺旋角β =10°，其他尺寸如图所示。

图3-11 题3-1示意图