aaw900減震器固有特性分析

1、中北大學(xué)課程設(shè)計說明書學(xué)生姓名： 曹炳新 學(xué) 號：1102044343學(xué) 院：機械與動力工程學(xué)院專 業(yè)：機械電子工程題 目：aaw-900減振器端蓋固有特性分析指導(dǎo)教師：趙俊生 職稱：副教授王春花 職稱：講師2015年1月19日中北大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書2014/2015學(xué)年第一學(xué)期學(xué)院：機械與動力工程學(xué)院專業(yè)：機械屯子工程學(xué)生姓名： 曹炳新學(xué)號：1102044343課程設(shè)計題目：aaw900減振器端蓋固有特性分析起迄 h 期：2015年1月19 h2015年1月30 h 課程設(shè)計地點：瑞學(xué)樓指導(dǎo)教師：趙俊生王春花負 責(zé) 人：趙俊牛下達任務(wù)書日期：2015年1月19日課程設(shè)計任務(wù)書1 設(shè)計目的:應(yīng)

2、用有限元技術(shù)所學(xué)知識，結(jié)合機械cad技術(shù)基礎(chǔ)和機械振動學(xué)課 程，掌握應(yīng)用有限元技術(shù)求解一般機械結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型的方法，為以后科學(xué)研 究和實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2. 設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等人1) 設(shè)計要求：(1) 根據(jù)所給aaw900減振器端蓋圖紙，建立cad三維實體模型；(2) 應(yīng)用自選有限元軟件，建立其有限元模型(包括網(wǎng)格劃分、邊界約束等);(3) 同冇頻率及振型的求解；(4) 并給出前六階固有頻率及對應(yīng)的振型圖。2) 原始數(shù)據(jù)：見下頁附圖。3. 設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求(包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品 等h(1) 根據(jù)所給零件圖紙建立合理

3、的實體模型;(2) 應(yīng)用所建實體模型建立有限元模型；(3) 對所建冇限元模型進行同冇特性求解；(4) 撰寫優(yōu)化設(shè)計說明書一份。課程設(shè)計任務(wù)書4. 主耍參考文獻:1王勖成，邵敏有限單元法基木原理和數(shù)值方法北京：清華大學(xué)出版社，19952童秉樞，李學(xué)志機械cad技術(shù)基礎(chǔ)北京：清華大學(xué)出版社，19943程耀東機械振動學(xué)杭州：浙江大學(xué)出版社，19884倪振華.振動力學(xué).西安：西安交通大學(xué)出版社，19855. 設(shè)計成果形式及要求：設(shè)計說明書一份，字數(shù)3000-5000字。6. 工作計劃及進度：2015 年 1 月 19 fi 1 月 20 fi查閱相關(guān)資料，熟悉任務(wù)要求及相關(guān)軟件2015年1月21日1月

4、23日建立幾何模型及有限元模型2015年1月24日1月26 ei求解、結(jié)果分析2015年1月27日1月30日2015年1月30日撰寫課程設(shè)計論文答辯負責(zé)人審查意見：簽字：年 月 日芟2“2藝曲2a2b6=£瓷#"£ m 竺 xl5aogb4077 08目錄1 引言12. ansys模態(tài)分析簡介131分析對象描述23.2建模及網(wǎng)格劃分334模態(tài)分析結(jié)果63.5 結(jié)論114建立模型錯誤！未定義書簽。1實體建模錯誤！未定義書簽。2指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇錯誤！未定義書簽。3制作好的三維實體模型導(dǎo)入錯誤！未定義書簽。4導(dǎo)入三維模型錯誤！未定義書簽。5定義網(wǎng)格劃分錯誤！未

5、定義書簽。6 定義邊界條件77 查看結(jié)果8aaw-900減振器端蓋固有特性分析摘要：采用solidworks軟件建立了 aaw900減振器端蓋的三維模型，導(dǎo)入到有限元分析軟件 ansys屮建立端蓋的冇限元模型；對端蓋進行了模態(tài)分析，求得端蓋固冇頻率和振型，為端 蓋的進一步優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:solidworks； ansys；端蓋；冇限元；模態(tài)分析1. 引言aaw-900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z間的端蓋，主要起傳遞扭矩和緩沖減震的作用，使主

6、軸箱的傳動平穩(wěn)。因此該 零件具有足夠的強度、剛度耐磨性和韌性，以適應(yīng)端蓋的工作條件。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固冇特性重要的是結(jié)構(gòu)的固冇頻率和振型。模態(tài)分析的典型定義：將線性定常 系統(tǒng)振動微分方程組屮的物理坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo)，使方程組解耦，成為一組以模態(tài)坐標(biāo)及模 態(tài)參數(shù)描述的獨立方程，以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。模態(tài)分析主要是研究結(jié)構(gòu)或機器部件的振 動特性，得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。振動現(xiàn)彖是機械結(jié)經(jīng)常需要而對的問題z,由于振動 會造成結(jié)構(gòu)的共振或疲勞從而破壞結(jié)構(gòu)，所以必須了解結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，避免在實際工 況中因共振因索造成結(jié)構(gòu)的損壞，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行精確的模態(tài)分析將為評價現(xiàn)冇結(jié)構(gòu)的動態(tài)特 性、診斷及預(yù)報結(jié)構(gòu)

7、系統(tǒng)的故障、新產(chǎn)品的動態(tài)性能的預(yù)估及優(yōu)化設(shè)計提供科學(xué)的依據(jù)。2. ansys模態(tài)分析簡介ansys有限元分析過程包括四個步?（1）建立模型：指定項目名稱和分析標(biāo)題，然后在前處理中定義單元類型、單元實常數(shù)、材料性質(zhì)和模型幾何性質(zhì)；（2）加載及求解：定義分析類型和分析選項，施加載荷，進行固有頻率的冇限元計算,在模態(tài)分析屮唯一有效的載荷是零位移約朿;（3）擴展模態(tài)：將振型寫入結(jié)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(jīng)過擴展模態(tài)后，模態(tài)分析的結(jié)果包括固冇頻率、擴展的模態(tài)振型、相對 應(yīng)力和力分布將被寫入到結(jié)構(gòu)分析結(jié)果文件中去。ansys提供了 6種模態(tài)提取方法:(1) t空間迭代法

8、(subspace):用于求解特征值對稱的大矩陣問題；(2) 分塊法(block lanczos):也口j用于以上的問題求解，收斂速度更快；(3) 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(jié)構(gòu)的前兒階模態(tài)以了解模型特征的問題；(4) 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 性要弟一些。使用縮減法時，必須仔細選擇主門由度，主門由度選擇的不當(dāng)可能導(dǎo)致不正確的 質(zhì)量分布和不正確的特征值；(5) 非對稱矩陣法(unsynmietric)：用于求解模型生成的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣存在不對 稱的問題；(6) 阻尼法

9、：冇些問題阻尼不能忽略，阻尼法允許在結(jié)構(gòu)屮包含阻尼因素。模態(tài)分析屬于線性分析一類，在分析過程屮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(zhì)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(guān)的，非線性性質(zhì)被忽略，在分析屮必須指定彈性模量和 密度。模態(tài)分析主要是研究結(jié)構(gòu)或機器部件的固冇頻率，用冇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(guān) 參數(shù),對所設(shè)計產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)及尺寸上的修正和優(yōu)化。本文采用ansys冇限元分析軟件對aaw900減震器端蓋進行固冇特性的分析。a

10、nsys冇 限元分析軟件可以確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，從而指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計，避免外力頻率和結(jié)構(gòu)固有頻 率相同，以防止共振現(xiàn)象。3.模型建立3.1分析對象描述該分析對象為某機床的一個箱體部件，曲于該機床在加工過程中，所承受的切削力很大， 同吋切削的方式又為間斷切削，因此在實際加工屮發(fā)現(xiàn)，讓刀現(xiàn)象很嚴重，根據(jù)分析的結(jié)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(按某比例縮小)，所使用的材料為鑄鐵。它主要的性能參 數(shù)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,密 度7850kg/m

11、3o3.2建模及網(wǎng)格劃分3. 2. 1建模：/tlsolidworks對底座進行三維建模。在齒輪箱實體建模過程屮，應(yīng)忽略其微小結(jié)構(gòu)，對箱體上 的倒角、圓角及箱體上所有的等結(jié)構(gòu)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(chǎn)生大的彩響。2、8節(jié)點solidl85單元1、實體建模用solidworks建立實體三維模型見圖3-10so4cmme丄 阻 ； 1丿u2 g 1pttrimi:門1“»2y y; a»ti»gs9n>(： e $i-ir-etsx ns»ass、id s出3 f

12、m «» s 4l< y s* w8 口賤 br 4tilt srie lift ek hotctrlt hn«* fcwttn |acrvbell包堂g創(chuàng)魚)丄err * - .-nacsutfcn*ofh(er«b« ihotmctmticwra) fmikw timhik hctm =« t«1 t>rvic»l>hrvr ihkcwi bmeviai opt dsml« uslw dfhia2血空0劊岡|*|一 q 9 3 s o 0一 邑 qf- qq w- pibkuafcm

13、fyvctrvmct hnrtcttmtcrerralvi«*kf< pectmki twlrviiaxilarvr hv inigb*sruin uii*4j±14ji±i5j陽111ir® 7's.7孑 gtqi一 丄 qa1一 *wuijbmii m- 37圖3l繪制三維實體模型2、指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇件圖3-2tiif ur eht rr£trl« fcrtflvr pw«e |ktj svtrlr d"h 9吉a圖3-2指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇3將用solidworks制作好的三維實

14、體模型導(dǎo)入ansys見圖3-3ansys connection for parasolidfile name曹柄新xjdirectories:e:ansyskeshecancel |cbxcbx111111零件2-td e:3 ansys凸 keshelist files of type:drives:| all fies (*/)二t：文檔dgeometry type:廠 allow defeaturing| solids onlyjnetwork.廠 allow scaling圖3-3三維實體模梨導(dǎo)入ansys4導(dǎo)入三維模型后定義彈性模量210gpa,泊松比為0.3l密度為7850g： i

15、u 仏lh«frrw»«也加e u；：(5 u« ine >m cm1mm slticrid hw< ireritl l”r町 itwraitfy mu itlahnw bala9 hilt le fih bum isrciiw mdg t« ickdim grit llcrhc ctrl* ilrckn t y /chi runuish b flblii-fithsh irtru b*：> kfm1!k±jkidutfiil hxotiti fame .2juiilllajm勺lajllltll±jl2j

16、ldjl»ltrtritf faftj *rtblkflfvtriia swi iuw 4r-t；fifwtklbfnb l«gl icflmttl 訂 mm ：5nipjbl«ra圖3-4 參數(shù)設(shè)置3. 2.2網(wǎng)格劃分劃分網(wǎng)格是建立冇限元模型的一個重要環(huán)節(jié)，劃分網(wǎng)格的形式對計算精度和計算規(guī)模將產(chǎn) 生直接影響，劃分網(wǎng)格時應(yīng)從網(wǎng)格數(shù)量、網(wǎng)格疏密等方面考慮以卜基木原則：網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計算結(jié)果的精度和計算規(guī)模的大小。一般來講，網(wǎng)格數(shù)量增加，計 算精度會有所提高，但同吋運算規(guī)模也會增加，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量吋應(yīng)權(quán)衡兩個因素綜合 考慮，口應(yīng)考慮分析數(shù)據(jù)的類型。在靜力分析

17、時，如果僅僅是計算結(jié)構(gòu)的變形，網(wǎng)格數(shù)量可以 少一些；如果需要計算應(yīng)力，則在精度要求相同的情況下應(yīng)取相對較多的網(wǎng)格。網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同部位采用大小不同的網(wǎng)格，這是為了適應(yīng)運算數(shù)據(jù)的分布特點。 在運算數(shù)據(jù)變化梯度較大的部位（如應(yīng)力集中處），為了較好地反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律，需要采 用比較密集的網(wǎng)格;而在運算數(shù)據(jù)變化梯度較小的部位，為減小模型規(guī)模，則應(yīng)劃分相對稀疏 的網(wǎng)格。進行應(yīng)力分析（包括靜應(yīng)力和動應(yīng)力）適合劃分疏密不同的網(wǎng)格，而計算固有特性時 則趨于采用較均勻的網(wǎng)格形式。這是因為固冇頻率和振型主耍取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布和剛度分布, 不存在類似應(yīng)力集中的現(xiàn)象，采用均勻網(wǎng)格可使結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的元素

18、不致相茅太 大，可減小數(shù)值計算誤差。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量增加到一定程度后，再繼續(xù)增加網(wǎng)格吋精度提高甚微，而運算吋間卻有大幅 度增加。所以應(yīng)注意增加網(wǎng)格的經(jīng)濟性。實際應(yīng)用時可以比較兩種網(wǎng)格劃分的運算結(jié)果，如果 兩次結(jié)果相差較大，可以繼續(xù)增加網(wǎng)格，相反則停止運算。1、定義網(wǎng)格劃分鼻 lisn larm5 札h bellatlftrfi fig auijj ast tcoriu rwdu b g cr kick 血* i a1cior |8prc(tfvk<s uhtwmttmr aelcxal tpc rr«l cwt.e litcial isrctiw8 vlluk s>0 st&l

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21、rlss q archi ve kodnl m coupline / ce<>n (3 flotkam set up ed iulti-field set up jfile i ex anflyskeshe cf?f!wr ira總q&金1orpq旦$£陽圖3-6定義網(wǎng)格劃分(2)3.4模態(tài)分析結(jié)果模態(tài)分析結(jié)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 約朿簡化為固定與螺釘位置相對應(yīng)節(jié)點的各個自由度來實現(xiàn)對支架的約束。約束定義后，本文利用block lanczos法elock lanczos法是ansys 默認的求解方法

22、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(xiàn)遞歸的。block lanczos法適用丁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，反映該固冇頻率上振動的傳遞情況，并不反映實際振動的數(shù)值。振型數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)圖6.定義邊界條件，對底而施加約束y h. r ir hwhverut mtd lilt 加 rm仙 bnruei r<vfcn |ao9 inli 站ohvfrrikft hee

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