转子-轴承-基础系统有限元模态分析

1、 制造业信息化暖雹墨峦盘日固躅圈仿一/mill/CAD/CAMICAE/CAPP一I III I一直接施加径向约束(即约束y、z平动自由度;(2两端圆柱副约束:考虑轴承与轴承座的弹性,把轴承座固定,轴颈与轴承处采用圆柱副约束(约束y,z平动自由度和绕扎z向的摆动自由度;(3两端径向耦合约束:选取轴承横向对称面的中心点分别作为轴颈外表面和轴承内表面的参考点(Reference Node,利用耦合约束命令指定它们作为耦合约束的约束控制节点(Constraint Contr01,在轴承宽度范围内,将轴颈外表面和轴承内表面分别与其对应的参考点相固连,最后绑定两控制节点的径向自由度(即刚性约束两控制节点

2、的扎:向相对运动。2.3计算结果及分析按照上面的轴承约束处理方式计算转子的固有频率与振型,把前两阶固有频率与把转子简化为简支梁的理论计算结果相比较,结果如表2所示。由表2可见,轴承约束采用两端铰支或径向耦合方式时,轴无论是采用实体单元还是梁单元建模,计算所得系统的一阶固有频率比较接近,且均低于理论计算结果。但二阶固有频率则不同,用梁单元计算的仍比理论值低,但用实体单元计算时由于圆盘宽度方向的约束增大了轴的局部刚度,计算结果比理论值偏高。因为理论计算时没有考虑轴的质量,而实际轴的质量约2809,单个圆盘的质量约8009,轴相对圆盘质量还比较大,所以实际转子的固有频率应该比理论计算结果要低一些。因

3、此,轴采用实体单元的计算结果的误差较大,在进行整体有限元建模时,轴应选择梁单元。轴承约束采用圆柱副时,系统前两阶固有频率均远高于其他两种约束方式和计算值,显然这种约束方式明显增大了系统的刚度,与实际情况不符。轴承约束采用径向耦合约束方式的计算结果与两端铰支的结果基本一致,故在研究转子一轴承一基础系统的动特性时,轴颈与轴承之间的约束关系应选择径向耦合方式来处理。3转子一轴承一基础系统整体有限元模态分析主J有限元模型建立在ABAQUS中按照Bently转子试验台(图1的实际尺寸建立各个零件的几何模型,并按照它们的相对位置关系进行装配。对转子系统中相应的零件施加约束条件,其中电机、轴承、传感器支架与

4、底座之间、轴承与轴承座之间通过Creat Constraint川ie命令将两个相互接触的零件通过接合面(点捆绑在一起。轴采用梁单元,轴颈与轴承之间用上述的径向耦合方式建立约束关系。对各个零件赋予相应70I机械工程师2009年第3期的材料属性(表1后,进行有限元网格划分如图2所示。3.2计算结果及分析系统整体采用自由边界条件,建立频率提取分析步计算转子系统的自由模态。从计算结果中提取转子系统的前几阶典型弹性模态频率如表3所示,部分模态振型如图3所示。表3转子系统各阶典型模态频率一阶二阶三阶四阶五阶六阶七阶4与试验模态对比为进一步验证采用有限元法对系统整体进行模态计算结果的正确性,把计算结果与试验

5、模态分析结果相对比。由于采用有限元法计算时是采用的自由边界条件,所以在进行试验模态测试时选用的支撑方式应为自由支撑。自由支撑方式意味着试验对象的任一坐标点都与地面不相连,但是不可能提供绝对的自由支撑条件,但可以用弹性绳把试件悬吊起来或者用非常软的材料支撑起来得到这一类的边界条件。对上述的试验台用非常软的海绵作为支撑,在底座上布置测点,测试基础的模态。测得底座的三阶典型模态频率分别为184.42Hz、333.88Hz、364.05Hz。对应的振型如图4所示。对比图3和图4,可以看出图3中的五、六、七阶振型分别与图4中的三阶振型相吻合,计算所得频率177.94Hz、330.36Hz、373.59H

6、z也与实测频率值基本一致,误差均在 5%以内。制造业信息化仿一,毽ICADICAMICAEICAPP盈翟盈墨西互盈区盈互互互墨口基于ANSYS分析的高位出钢机小车结构优化李锐-.金斌1,张文源1.:(1.安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243002;2.马鞍山钢铁股份有限公司第四钢轧总厂,安徽马鞍山243000摘要:借助ANSYS软件,对高位出钢机重要部件一小车机构在最大承重下的应力、变形情况进行了分析。并根据所得结果,对小车结构进行了优化。通过对优化前后机架的各项性能指标的比较,验证了优化的合理性和有效性。关键词:ANSYS;高位出钢机;小车结构:优化中图分类号:TP391.9文献标识码

7、:B文章编号:10022333(200903007102Vehicle Structural Optimization of Higher Position Extractor Based011Analysis of ANSYSLI Ruil。JlN Binl。ZHANG WeI卜Yuanl,2(1.School of Mechanical Engineering,Anhui University of Technology。Maanshan243002,China;2.The Fourth Rolled Steel Plant ofMaanshan Iron&Steel Co.,Lt

8、d.Maanshan243000,ChinaAbstract:Wj1the ANSYS software。the vehicle mechanism which jS the important components in higher position extractor。the stress and deformation under the largest loadbearing,were analyzed.Based on the obtained results.the vehicle structure of the Higher Position Extractor was op

9、timized.Through the optimization of the rack before and after the performance comparison,Was optimized to verify the legitimacy and effectiveness,Key words:ANSYS;higher position extractor;vehicle structural;optimization高位出钢机是中厚板生产线上用来将出炉钢坯平稳地从炉内托出放在炉前辊道上的核心设备。小车是高位出钢机的关键机构,电动机带动立式减速机,其输出轴带动圆柱齿轮与固定在梁

10、下面的齿条啮合完成小车的走行任务。小车采用由4个被动轮托起的口字形结构,4个被动轮在梁上的轨道上运行。其强度和变形将影响到整个设备的可靠性和最终产品的轧制精度I.21。l原始设计结构及主要存在的问题小车原始设计结构如图1所示,主要特征为:上部纵向连接梁采用弯曲结构,立柱固定于纵向横梁(上部的侧边,导槽充当立柱来用,且没有加强筋板,液压缸支座固定于吊栏横梁上表面上,主传动系统靠近中线。采用这样的结构存在的主要问题是:导槽长度不够,限制了门形架的行程,从而限制了门形架两车轮之间的最大可能距离,造成工作过程中车轮水平力过大(18.1t,对门形架以及导槽强度均不利;导槽强度严重不足,钢坯单重14t时导

11、槽区车轮力作用点位置等效应力最高达360MPa,已经超过材料的屈服极限;同时导槽侧板变形严重,侧板变形达4.5ram,这样会严重影响门形架的正常上下运动;液压缸底座采用吊栏横梁上端面支撑式,不利于液压缸有效长度的增加;上连接纵梁采用弯曲结构,不必要地增加了加工的难度。必须对小车结构进行优化研究,使其强度与刚度达到合理的水平。2小车结构优化/、.2.I小车结构初步优化小车结构初步优化分析时主要基于以下两点考虑:加大导槽的有效长度,为门形架车轮间距的加大留出足够的空间,以利于在倾翻力矩一定的条件下降低车轮传递的水平力的大小;有效增加导槽本身的强度与刚度。出于以上考虑,小车结构优化初步方案如图2所示

12、。与原方案相比,主要不同为:使导槽贯通吊栏底板,增加5结语本文分别对转子和转子一轴承一基础系统分别建模计算,计算结果表明:对于长径比较大的轴采用梁单元计算结果更精确;轴颈与轴承之间采用的耦合控制节点建立的约束关系是正确可行的;采用有限元法对转子系统整体进行模态分析的结果与试验测所得的结果是一致的。用有限元法对系统整体建模分析对系统的动力学相关问题研究具有重要的意义。参考文献1张宇,陈予恕,毕勤胜.转子一轴承一基础非线性动力学研究J.振动工程学报,1998,1l(1:24-30.2包家汉,徐培民,余晓流,等.柔体机构有限元模态分析中铰链联接的处理J.机械设计,2007,24(3:1315.3李克雷,谢振宇.基于ANSYS的磁悬浮转子的模态分析J.机电工程,2008,25(1:I-3.(编辑昊天作者简介:杨丰产(1983.,男,硕士研究生,研究方向为振动与动力学研究。收稿日期:2008一12一12机械工程师2009年第3期l 71 转子-轴承-基础系统有限元模态分析作者:杨丰产, 徐培民, 马云吉, YANG Feng-chan, XU Pei-min, MA Yun-ji作者单位:安徽工业大学,机械工程学院,安徽,马鞍山,243