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(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

振動(dòng)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(dòng)態(tài)特性之一,它對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),動(dòng)載荷的產(chǎn)生與傳遞,及系統(tǒng)振動(dòng)的形式等有重要影響。模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)固有特性的一種技術(shù),是所有動(dòng)態(tài)分析類型最基礎(chǔ)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(dòng)效率的新型傳動(dòng)裝置,作為整機(jī)的主要承力部件,減速器箱體的動(dòng)態(tài)性能影響整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)特性,因此,對減速器箱體進(jìn)行模態(tài)分析,是研究整個(gè)減速器振動(dòng)特性的基礎(chǔ)。

目前,國際較大型的面向工程的有限元通用軟件達(dá)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(jìn)行模態(tài)分析,求解箱體的固有特性,為研究整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性奠定基礎(chǔ)。

1 箱體有限元模型的建立

ANSYS是一個(gè)通用、大型的有限元分析軟件,在進(jìn)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(shí)體建模和模型導(dǎo)入。對箱體這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu),采用模型導(dǎo)入的方法。

以文獻(xiàn)的圖3中的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dǎo)人ANSYS。在模型導(dǎo)人ANSYS前,對箱體的固有特性影響很小的一些微小結(jié)構(gòu)進(jìn)行忽略或簡化,如凸臺(tái),放油孔,吊孔環(huán)等,可提高運(yùn)算速度,節(jié)省計(jì)算空間。假設(shè)箱體端蓋通過螺栓與箱體主體剛性連接,在建模時(shí)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(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí),采用的單元是Solid 92十節(jié)點(diǎn)四面體單元,模型最終劃分為57659個(gè)單元,共有100855個(gè)節(jié)點(diǎn)。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(xué)習(xí)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(gè)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(xué)習(xí)資料圖片2

3 ANSYS固有特性的計(jì)算方法

由彈性力學(xué)有限元法,可得箱體的運(yùn)動(dòng)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(jié)構(gòu)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(dòng)方程。在求結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)的頻率和振型,即求結(jié)構(gòu)的固有頻率和固有振型時(shí),阻尼對其影響不大,因此阻尼項(xiàng)可略去,這時(shí)無阻尼自由振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為:

其對應(yīng)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(jì)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(jié)果

對圖1中的環(huán)板式針擺傳動(dòng)箱體有限元模型進(jìn)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(dòng)系統(tǒng)影響較大,故常取前10階即可。環(huán)板示賺十?dāng)[傳動(dòng)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(guān)圖片圖片7

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

5 結(jié)論

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

(2)利用振型圖和動(dòng)畫顯示.可直觀地分析環(huán)板式針擺行星傳動(dòng)箱體的動(dòng)態(tài)特性,為以后整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析和計(jì)算奠定基礎(chǔ)。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才