[優(yōu)秀畢業(yè)設計精品] AAW400減振器端蓋固有特性分析

1、課 程 設 計 說 明 書學生姓名： 學 號： 學 院： 機械工程與自動化 學 院： 機械電子工程 題 目： aaw-400減振器端蓋固有特性分析 指導教師： 職稱: 2011年 12月 12日 課程設計任務書 11/12 學年第 一 學期學 院： 機械工程與自動化學院 專 業(yè)： 機械電子工程 學 生 姓 名： 學 號： 課程設計題目： aaw-400減震器端蓋固有特性分析 起 迄 日 期： 2011年12月26日2012年1月6日 課程設計地點： 機械自動化系 指 導 教 師： 系 主 任： 下達任務書日期: 2011年 12月 12日課 程 設 計 任 務 書1設計目的：應用有限元技術所學

2、知識，結合機械cad技術基礎和機械振動學課程，掌握應用有限元技術求解一般機械結構的固有頻率和振型的方法，為以后科學研究和實際應用奠定基礎。2設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）：1）設計要求：（1）根據所給aaw400減振器端蓋圖紙，建立cad三維實體模型； （2）應用自選有限元軟件，建立其有限元模型（包括網格劃分、邊界約束等）；（3）固有頻率及振型的求解；（4）并給出前六階固有頻率及對應的振型圖。2）原始數據：見下頁附圖。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：(1) 根據所給零件圖紙建立合理的實體模型；(2) 應用所建實體模型建立

3、有限元模型；(3) 對所建有限元模型進行固有特性求解；(4) 撰寫優(yōu)化設計說明書一份。課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻：1 王勖成，邵敏.有限單元法基本原理和數值方法.北京：清華大學出版社，19952 童秉樞，李學志.機械cad技術基礎.北京：清華大學出版社，19943 程耀東.機械振動學.杭州：浙江大學出版社，19884 倪振華.振動力學.西安：西安交通大學出版社，1985 5設計成果形式及要求：設計說明書一份，字數3000-5000字。6工作計劃及進度：2011年12月26日 12月27日 熟悉題目，查閱相關資料2011年 1月 28 日 12月 30日 建立實體模型和有限元模型2

4、011年12月 31日 1 月 1日 有限元求解、結果分析2012年 1 月2日 1 月5日 撰寫課程設計論文2012年1月6日 答辯系主任審查意見： 簽字： 年 月 日aaw-400減振器端蓋固有特性分析摘要：采用solidworks軟件建立了aaw-400減振器端蓋的三維模型，導入到有限元分析軟件ansys中建立端蓋的有限元模型；對端蓋進行了模態(tài)分析，求得端蓋固有頻率和振型，為端蓋的進一步優(yōu)化設計提供了理論依據。關鍵詞：solidworks；ansys；端蓋；有限元；模態(tài)分析引言aaw400減震器端蓋是非常重要的機械零件之一。端蓋的一般作用：軸承外圈的軸向定位；防塵和密封，除本身可以防塵和

5、密封外，也常和密封件配合以達到密封作用；位于車床電動機和主軸箱之間的端蓋，主要起傳遞扭矩和緩沖減震的作用，使主軸箱的轉動平穩(wěn)。因此該零件具有足夠的強度、剛度耐磨性和韌性，以適應端蓋的工作條件。結構系統(tǒng)的固有特性重要的是結構的固有頻率和振型。模態(tài)分析的典型定義：將線性定常系統(tǒng)振動微分方程組中的物理坐標變換為模態(tài)坐標，使方程組解耦，成為一組以模態(tài)坐標及模態(tài)參數描述的獨立方程，以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數。模態(tài)分析主要是研究結構或機器部件的振動特性，得到結構的固有頻率和振型。振動現象是機械結經常需要面對的問題之一，由于振動會造成結構的共振或疲勞從而破壞結構，所以必須了解結構的固有頻率和振型，避免在實際工況

6、中因共振因素造成結構的損壞，對復雜結構進行精確的模態(tài)分析將為評價現有結構的動態(tài)特性、診斷及預報結構系統(tǒng)的故障、新產品的動態(tài)性能的預估及優(yōu)化設計提供科學的依據。1.ansys模態(tài)分析簡介ansys有限元分析過程包括四個步驟：1建立模型：指定項目名稱和分析標題，然后在前處理中定義單元類型、單元實常數、材料性質和模型幾何性質；2加載及求解：定義分析類型和分析選項，施加載荷，進行固有頻率的有限元計算，在模態(tài)分析中唯一有效的載荷是零位移約束；3擴展模態(tài)：將振型寫入結果文件，只有擴展模態(tài)后才能在后處理中看到振型；4后處理：經過擴展模態(tài)后，模態(tài)分析的結果包括固有頻率、擴展的模態(tài)振型、相對應力和力分布將被寫入

7、到結構分析結果文件中去。ansys提供了16種模態(tài)提取方法：（1）子空間迭代法（subspace）：用于求解特征值對稱的大矩陣問題；（2）分塊法（block lanczos）：也可用于以上的問題求解，收斂速度更快；（2）power dynamic法。用于非常大的模型（超過100 000個自由度），主要是用在求解結構的前幾階模態(tài)以了解模型特征的問題；（3）縮減法（reduced）：采用縮減的系統(tǒng)矩陣來求解，較子空間迭代法速度快，但準確性要差一些。使用縮減法時，必須仔細選擇主自由度，主自由度選擇的不當可能導致不正確的質量分布和不正確的特征值；（5）非對稱矩陣法（unsymmetric）：用于求解模

8、型生成的剛度矩陣、質量矩陣存在不對稱的問題；（6）阻尼法：有些問題阻尼不能忽略，阻尼法允許在結構中包含阻尼因素。模態(tài)分析屬于線性分析一類，在分析過程中只有線性行為是有效的，即使指定了非線性單元，在計算過程中也將忽略其非線性。但材料的性質可以是線性的、非線性的、各向同性的、正交各向異性的、恒定的或與溫度有關的，非線性性質被忽略，在分析中必須指定彈性模量和密度。模態(tài)分析主要是研究結構或機器部件的固有頻率，用有限元法解決工程實際問題已被廣泛采納。只要給出完全模擬實際工況的邊界條件及正確的機械振動模型,就可以求解出模型相關參數,對所設計產品進行結構及尺寸上的修正和優(yōu)化。本文采用ansys有限元分析軟件

9、對aaw400減震器端蓋進行固有特性的分析。ansys有限元分析軟件可以確定結構的固有頻率和振型,從而指導產品設計,避免外力頻率和結構固有頻率相同,以防止共振現象。3.1分析對象描述該分析對象為某機床的一個箱體部件，由于該機床在加工過程中，所承受的切削力很大，同時切削的方式又為間斷切削，因此在實際加工中發(fā)現，讓刀現象很嚴重，根據分析的結果，認為床身的剛度不足是其中一個很重要的方面，需要改善這一問題，就必須要提高機床床身的剛度，床身的基本尺寸如圖 所示（按某比例縮?。褂玫牟牧蠟殍T鐵。它主要的性能參數如下。圖中所示尺寸單位均為mm。端蓋材料為45鋼，彈性模量210e10gpa，泊松比0.31

10、，密度7850kg/m3。3.2 建模及網格劃分1、建模：用solidworks對底座進行三維建模。在齒輪箱實體建模過程中，應忽略其微小結構，對箱體上的倒角、圓角及箱體上所有的等結構可以忽略，這樣簡化不僅符合有限元建模的規(guī)則，也可以減少ansys 運行時的求解時間，同時不會對齒輪箱的重量及剛度產生大的影響。2、8 節(jié)點solid45 單元6網格劃分劃分網格是建立有限元模型的一個重要環(huán)節(jié),劃分網格的形式對計算精度和計算規(guī)模將產生直接影響, 劃分網格時應從網格數量、網格疏密等方面考慮以下基本原則:網格數量的多少將影響計算結果的精度和計算規(guī)模的大小。一般來講, 網格數量增加, 計算精度會有所提高,

11、但同時運算規(guī)模也會增加, 所以在確定網格數量時應權衡兩個因素綜合考慮, 且應考慮分析數據的類型。在靜力分析時, 如果僅僅是計算結構的變形, 網格數量可以少一些; 如果需要計算應力,則在精度要求相同的情況下應取相對較多的網格。網格疏密是指在結構不同部位采用大小不同的網格, 這是為了適應運算數據的分布特點。在運算數據變化梯度較大的部位( 如應力集中處) , 為了較好地反映數據變化規(guī)律, 需要采用比較密集的網格;而在運算數據變化梯度較小的部位, 為減小模型規(guī)模, 則應劃分相對稀疏的網格。進行應力分析( 包括靜應力和動應力) 適合劃分疏密不同的網格, 而計算固有特性時則趨于采用較均勻的網格形式。這是因

12、為固有頻率和振型主要取決于結構質量分布和剛度分布, 不存在類似應力集中的現象, 采用均勻網格可使結構剛度矩陣和質量矩陣的元素不致相差太大, 可減小數值計算誤差。當網格數量增加到一定程度后, 再繼續(xù)增加網格時精度提高甚微, 而運算時間卻有大幅度增加。所以應注意增加網格的經濟性。實際應用時可以比較兩種網格劃分的運算結果, 如果兩次結果相差較大, 可以繼續(xù)增加網格, 相反則停止運算。3.4模態(tài)分析結果模態(tài)分析結果振動支架通過螺釘穿過底板上的安裝孔固定在振動實驗臺上, 在有限元模型中, 把振動支架的邊界約束簡化為固定與螺釘位置相對應節(jié)點的各個自由度來實現對支架的約束。約束定義后, 本文利用block

13、lanczos法block lanczos法是ansys默認的求解方法計算模態(tài)最后得到前三階。block lanczos法采用lanczos算法，是用一組向量來實現遞歸的。block lanczos法適用于大型對稱矩陣特征值求解問題，最適合由殼或殼與實體組成的模型。 6 , 固有頻率如表2所示。振動支架前三階振型及振型的大小只是一個相對的量值（位移相對值 ），它表征的是各點在某一階固有頻率上振動量值的相對比值，反映該固有頻率上振動的傳遞情況，并不反映實際振動的數值。振型數據表和數據圖3.5 結論（1）高階固有振型要比低階對主軸箱的振動影響大，固有頻率越高其振動越劇烈對結構影響就越大，因此高階振

14、型對主軸箱的動態(tài)特性起決定作用。故應避免外界載荷頻率過高，對主軸箱造成損壞。一、建立模型1實體建模用solidworks建立實體三維模型2指定分析標題并設置分析范疇1)定義工作文件名待添加的隱藏文字內容32)定義工作標題3將實體模型轉換為有限元分析從工作目錄中導入簡化后的實體模型實體模型導入ansys中4定義單元類型為單元類型solid255定義材料性能和實常數1)定義材料屬性45鋼泊松比0.31彈性模量210gp2)定義材料屬性密度78501） 網格劃分單元尺寸控制智能控制6級2）網格劃分方式為自由網格3）單元類型設置錯誤無法劃分單元定義類型solid25單元低階，采用更高階的solid45定義單元類型。4）單元類型改為solid45六面體單元7建立有限元模型8保存有限元模型二、加載及求解1設置分析類型為mod