基于ANSYS的主軸模態(tài)分析步驟word格式.doc

結(jié)構(gòu)的建模和網(wǎng)格劃分：有限元分析的最終目的是要還原一個(gè)實(shí)際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征，也就是說分析必須是針對(duì)一個(gè)物理原型的準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。廣義上講，模型包括所有的節(jié)點(diǎn)、單元、材料屬性、邊界條件，以及其他用來表現(xiàn)這個(gè)物理系統(tǒng)的特征。在ANSYS術(shù)語中，模型生成一般狹義地指 用節(jié)點(diǎn)和單元表示空間體域及實(shí)際連接的生成過程。_電主軸建模使用Pro/E Wildfire 5.0建模，建模完成后在菜單欄ANSYS 12.0選項(xiàng)中選擇“ANSYSGeom”，將建立的圖形導(dǎo)入到ANSYS中。（如圖1、2）（圖1）（圖2）導(dǎo)入到ANSYS后，界面中并未顯示模型，此時(shí)在ANSYS菜單欄中選擇plotlines（線框模式）或者volumes（實(shí)體模式）就可以看到導(dǎo)入的零件了；本次點(diǎn)選volumes，界面顯示主軸的三維模型。（如圖3）（圖3）ANSYS建模過程：（1） 開始確定分析方案。分析目標(biāo)為加工中心電主軸，模型采取Pro/E三維建模并導(dǎo)入ANSYS，選用SOLID45單元進(jìn)行離散分網(wǎng)。1. 指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇：在菜單欄 File-Change Title處修改分析名稱為“analysis of a axis”。再選取ANSYS Main Menu-Preference，在Structure選項(xiàng)前打鉤 ，單擊 OK。2. 定義單元類型：選取ANSYS Main Menu-preprocessor-element type-add/edit/delete，在彈出的Element Types對(duì)話框中單擊 add ，出現(xiàn)library of element type對(duì)話框，在左邊的滾動(dòng)框中單擊“structural solid”、右邊滾動(dòng)框中單擊“quad 4node 42”。之后單擊apply。再在右邊的滾動(dòng)框中單擊“brick &node 45”。單擊ok。單擊element type對(duì)話框中的close按鈕。3. 指定材料性能：選取ANSYS Main Menu-preprocessor-material props-material models ,彈出以下對(duì)話框，并選擇：在彈出的對(duì)話框中輸入楊氏模量和泊松比（對(duì)于各向同性材料來說，選擇PRXY或NUXY來輸入泊松比是沒有任何區(qū)別的）：在密度（density）選項(xiàng)處單擊：在彈出的對(duì)話框中輸入材料密度：材料性能指定完畢。（2） 設(shè)置網(wǎng)格劃分控制以建立想要的網(wǎng)格密度。在ANSYS Main Menu-preprocessor-Meshing-mesh tool中自動(dòng)劃分網(wǎng)格，如下圖：（3） 加載及求解：由加工中心皮帶軸總裝圖（如圖）可知，主軸的支承并非剛性的，而應(yīng)該考慮軸承的彈性影響。支撐部分的示意圖如上圖所示，它由主軸、殼體和軸承組成?？蓪⒔墙佑|球軸承簡(jiǎn)化為彈性支承，支點(diǎn)位置在接觸線與主軸軸線的交點(diǎn)處；認(rèn)為軸承只具有徑向剛度，不具有角剛度，如此將支承進(jìn)一步簡(jiǎn)化為徑向的壓縮彈簧質(zhì)量單元；每個(gè)軸承在圓周方向等效分布四個(gè)彈簧。如下圖：在ANSYS軟件進(jìn)行分析時(shí)，每個(gè)彈簧用一個(gè)彈簧單元bin14模擬， 為了限制主軸X方向的移動(dòng)，在截面M2上與彈簧相連接的4個(gè)主軸上的節(jié)點(diǎn)（內(nèi)圈的4個(gè)點(diǎn)）加上UX約束。在彈簧另一端（外圈四個(gè)點(diǎn)）為完全固接。添加彈簧單元：點(diǎn)擊出現(xiàn)單擊 Add，出現(xiàn)以下對(duì)話框：選擇bination 和spring-damper 14，并點(diǎn)擊ok。劃分彈簧單元的網(wǎng)格：參照彈簧分布圖，在支撐位置的外面添加八個(gè)節(jié)點(diǎn)，并將它們分別與模型上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)連成直線。由彈簧分布圖可知，支承位外八個(gè)節(jié)點(diǎn)和模型對(duì)應(yīng)八個(gè)節(jié)點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)（X, Y, Z）分別為：模型上的點(diǎn)A11（-50,42.5,0）；A21（-50,-42.5,0）；A31（-50,0,42.5）；A41（-50,0,-42.5）。B11（410,37,0）；B21（410,-37,0）；B31（410,0,37）；B41（410,0,-37）。模型外的點(diǎn)A12（-50,67.5,0）；A22（-50,-67.5,0）；A32（-50,0,67.5）；A42（-50,0,-67.5）。B11（410,62,0）；B21（410,-62,0）；B31（410,0,62）；B41（410,0,-62）。將以上各坐標(biāo)輸入Keypoints-On Working Place彈出的對(duì)話框中：然后點(diǎn)擊菜單如下圖：用鼠標(biāo)分別選取A11，A12；點(diǎn)擊OK。然后選擇A21，A22；等共計(jì)八組點(diǎn)，連接成八條線段?？稍赑lotline選項(xiàng)中看到線框圖，可以看到剛才畫的八條線段。如下圖：在Main Menu上選取下圖上方的選項(xiàng)，彈出以下對(duì)話框：按照標(biāo)記處選擇，單擊ok。（確定網(wǎng)格的屬性為 彈簧 ）在主菜單處選擇：選擇Lines，彈出以下對(duì)話框：在線框視圖下選擇剛才選定的八條線段，并點(diǎn)擊OK，完成對(duì)八根線段的網(wǎng)格劃分。（此時(shí)網(wǎng)格屬性為 彈簧 ）如下圖：Y向視圖在主菜單選取以下選項(xiàng)，并彈出下圖對(duì)話框，點(diǎn)擊Add。點(diǎn)擊Add之后彈出以下對(duì)話框：選中BIN14,單擊OK。在出現(xiàn)的對(duì)話框中輸入BIN14的剛度。彈簧的網(wǎng)格劃分以及屬性輸入完成。確定分析類型：分析類型設(shè)為模態(tài)分析。點(diǎn)擊如下菜單，彈出下面的New Analysis對(duì)話框，做出選擇。然后點(diǎn)擊如下菜單：分析方法建議使用Block Lanczos，模態(tài)數(shù)量是要提取的模態(tài)數(shù)，根據(jù)需要選擇。此處設(shè)為10，下面的模態(tài)擴(kuò)展選項(xiàng)也設(shè)為10，擴(kuò)展的模態(tài)在后處理中能看到。點(diǎn)擊ok，彈出對(duì)話框，按照缺省設(shè)置即可，點(diǎn)擊ok。加載與求解（1）在模態(tài)分析中，唯一有效的“載荷”是位移約束。施加約束為了限制主軸X方向的移動(dòng)，在截面M2上與彈簧相連接的4個(gè)主軸上的節(jié)點(diǎn)（內(nèi)圈的4個(gè)點(diǎn)）加上UX約束。在彈簧另一端（外圈四個(gè)點(diǎn)）為完全固接，即加上ALL DOF約束。方法如下：將視圖切換為線框模式（菜單欄 PlotLines），并在菜單處選擇：彈出上圖右側(cè)窗口，用鼠標(biāo)點(diǎn)選軸上的八個(gè)節(jié)點(diǎn)（軟件會(huì)自動(dòng)捕捉鼠標(biāo)附近的節(jié)點(diǎn)）。點(diǎn)擊OK后彈出選擇施加約束的窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)選UX約束，并點(diǎn)擊OK：用同樣方法選取軸外圍八個(gè)點(diǎn)，將約束設(shè)為All DOF。最終如下：加載與求解（2）模態(tài)、約束設(shè)置完畢，即可進(jìn)行求解。選取主菜單如下，點(diǎn)擊Current LS求解完畢，查看結(jié)果：第一步，列出固有頻率。選取主菜單選項(xiàng)，即出現(xiàn)下圖所示，列出模態(tài)110的相關(guān)數(shù)據(jù)：顯示模型形狀：要查看某階模態(tài)的變形，首先讀入求解結(jié)果。以