環(huán)板式針擺行星減速器箱體的模態(tài)分析

2013-06-17 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

振動系統(tǒng)的固有特性一般指系統(tǒng)的固有頻率和振型,是系統(tǒng)的動態(tài)特性之一,它對系統(tǒng)的動態(tài)響應,動載荷的產(chǎn)生與傳遞,及系統(tǒng)振動的形式等有重要影響。模態(tài)分析是用來確定結構固有特性的一種技術,是所有動態(tài)分析類型最基礎的內(nèi)容。環(huán)板式針擺行星減速器是一種高承載能力和高傳動效率的新型傳動裝置,作為整機的主要承力部件,減速器箱體的動態(tài)性能影響整個系統(tǒng)的振動特性,因此,對減速器箱體進行模態(tài)分析,是研究整個減速器振動特性的基礎。

目前,國際較大型的面向工程的有限元通用軟件達到幾百種,包括:ANSYS,NASTRAN,ASKA,ADINA,I-DEAS等,筆者用ANSYS軟件對環(huán)板式針擺減速器箱體進行模態(tài)分析,求解箱體的固有特性,為研究整個系統(tǒng)的動態(tài)特性奠定基礎。

1 箱體有限元模型的建立

ANSYS是一個通用、大型的有限元分析軟件,在進行ANSYS分析前,必須先建立幾何模型。對于ANSYS軟件來說,它提供3種模型生成方法,即直接生成、實體建模和模型導入。對箱體這樣的復雜結構,采用模型導入的方法。

以文獻的圖3中的雙電機驅(qū)動雙曲柄四環(huán)板式針擺行星減速器箱體為研究對象,在proe中建立箱體模型,通過配置接口軟件,將模型直接導人ANSYS。在模型導人ANSYS前,對箱體的固有特性影響很小的一些微小結構進行忽略或簡化,如凸臺,放油孔,吊孔環(huán)等,可提高運算速度,節(jié)省計算空間。假設箱體端蓋通過螺栓與箱體主體剛性連接,在建模時作為整體考慮。箱體的材料為各向同性材料,需要輸入的材料性能參數(shù)有:彈性模量EX = 148GPa,泊松比NUXY=0.31,密度ρ=7330kg/mm3。

2 網(wǎng)格劃分和約束條件

2.1 網(wǎng)格劃分

對箱體進行網(wǎng)格劃分時,采用的單元是Solid 92十節(jié)點四面體單元,模型最終劃分為57659個單元,共有100855個節(jié)點。生成的模型如圖1所示。

環(huán)板式針擺行星減速器箱體的模態(tài)分析+學習資料圖片1

2.2約束條件

由于減速器箱體是通過地角螺栓與地基相連,因此在與地基相接觸的底面施加3個位移約束,如圖2所示。

環(huán)板式針擺行星減速器箱體的模態(tài)分析+學習資料圖片2

3 ANSYS固有特性的計算方法

由彈性力學有限元法,可得箱體的運動微分方程:

式中:M,C,K分別為總體質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣;分別為結構的加速度、速度、位移和激振力向量。

若無外力作用,即F(t)=0,則得到系統(tǒng)的自由振動方程。在求結構自由振動的頻率和振型,即求結構的固有頻率和固有振型時,阻尼對其影響不大,因此阻尼項可略去,這時無阻尼自由振動的運動方程為:

其對應的特征方程為:

式中:ω為系統(tǒng)的固有頻率.

在ANSYS中,求解模型的固有頻率和振型有6種:Subspace法、Block Lenczos法、PowerDynamics法、Reduced法、Unsymmebic法、Damped法。如圖3所示。

圖3 箱體前六階振型圖

對箱體的分析采用Block Lenczos法。這種方法求解精度高,計算速度較快,適用于大型對稱特征值求解間題,是較理想的求解方法。

4 箱體有限元分析結果

對圖1中的環(huán)板式針擺傳動箱體有限元模型進行求解,可求出全部的固有頻率和振型。但因低階模態(tài)對振動系統(tǒng)影響較大,故常取前10階即可。環(huán)板示賺十擺傳動箱體的固有頻率如表1所示。

環(huán)板式針擺行星減速器箱體的模態(tài)分析+有限元仿真分析相關圖片圖片7

因篇幅有限,僅列出環(huán)板式針擺行星傳動箱體的前六階振型圖如圖3所示。

5 結論

(1)建立環(huán)板式針擺傳動箱體的有限元模型,并對該模型進行有限元模態(tài)分析,求出環(huán)板式針擺行星傳動箱體的固有頻率和振型。

(2)利用振型圖和動畫顯示.可直觀地分析環(huán)板式針擺行星傳動箱體的動態(tài)特性,為以后整個系統(tǒng)的動態(tài)響應分析和計算奠定基礎。

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