联轴器关节的CAE力学分析
联轴器关节是一个在工业中大量应用的机械部件，在我们的日常生活中也随处可见。其主要的作用就是两个不同方向上力和力矩传递起来，已达到部件运转要求。由于其作用是传递力或力矩，其承重能力就至关重要，一个设计有缺陷的联轴器关节可能会导致严重的事故。
下面我们来看看联轴器关节是什么样子的，这是一个常见的十字联轴器关节。
可以用于套筒扳手上的十字链接器关节，有了它，在修理复杂东西的时候再也不用担心扳手够不着了。
用于汽车转向盘的链接器关节。
可以发现，链接器关节主要是由两个杆件和一个固定柱销组成，承受着复杂的拉力，压力，和力矩。下面我们来看一下简单的单轴连接器关节的3维CAD模型。
然后将模型分解开来，可以看到每个部件是如何链接起来的。主要是由两根轴，一个柱销，和一些定位零件组成。
做设计的同学一定还关心类似的尺寸与公差，这里也给出来了。
可以看到连接器的关节的一些特点：两根轴的轴线不一定一致，但是会相交于一点，关节处可能会承受由一个轴转动引起的转动力矩，这种装置装配起来比较容易，拆卸也很容易。
看了这么多联轴器关节的特点与技术参数，现在我们来尝试分析一下其关键部件的力学分析吧。这次我们用的是一款中国人研发的大型通用仿真软件WelSim，功能还是很全面的，也很好用。
我们先来导入关节连接器的CAD模型进入软件。
联轴器关节模型的眼孔端
可以看到这样一个工件的尺寸的长度在15 cm，宽度6 cm左右。
和大多数有限元分析软件一样，我们划分一下网格，WelSim提供了自动划分网格，很方便，只要点击一下网格划分按钮即可。下面是网格划分好的样子：
从网格统计数据可以看到，一共生成了16+万个节点，10+万的四面体单元，可以判定默认生成的是tet10的二阶单元。
这里我们为了知道工件在承受拉力状况时候的整体受力情况，所以采用静力学分析，并将轴的远端面固定，同时在眼孔的位置施加一个表面拉力。两个边界条件如下图所示。
轴端面固定（蓝色）
眼孔端施加向下的正压力（红色），大小为1e8
简单的设置之后，就可以求解计算了，尽管模型有16+万的节点，对于实体单元结构问题，也就是50万左右的自由度，在普通的个人电脑上计算只需要3分钟就可以完成求解计算了。
下面是计算结果，分别显示了在Y方向的变形，von-Mises的应力分布，以及最大应力所在位置的局部特写。
Y方向上的变形。最大位移是0.211 mm
Von-Mises应力的分布，最大应力是683.6 MPa
应力局部集中的特写
从上面的计算结果，我们可以发现应力最大的地方不是在眼孔的位置，而是在和轴连接的部位，如果想要优化这个设计，就可以从应力最集中的部位开始。同时结合材料的最大许用应力，就可以设计研发出重量轻，结实耐用的联轴器关节了。
关于联轴器关节的介绍与分析计算就完成了，这次是对关节中间关键部件的一个力学分析，在几分钟内就可以预测到关键部件的受力与变形，为关节的设计与研发节约了很多时间和成本。下次我们会结合接触算法，来分析包含了柱销与连个连杆的整体联轴器关节分析。
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