基于Ansys技术的直线振动电机模态分析

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1、万方数据第44卷第4期

2、kt机v01．44．No．4垫!!生兰旦!竺竺!：!!!垒旦!：垫!!基于Ansys技术的直线振动电机模态分析翟文波(天津三星电机有限公司，天津3002lO)摘要：运用Ansys12．0软件对一种低频动磁式直线振动电机的振动系统进行了基于有限单元法的模态分析和研究，计算出了该振动系统的前五阶固有频率，通过分析得出了该振动电机在正确运动形式下振动系统的固有频率，为激励线圈电流的频率设计提供依据，该方法可以用于直线振动电机的设计和改良。关键词：直线振动电机；模态分析；振型；有限元分析中图分类号：TM文献标志码：A文章编号：100l一6848(2011)04．

3、0029一03ModalAnalysisofLinearOscillatoryMotor(LoA)BasedonAnsysZHAIWenbo(‰彬凡So船u昭EI!ec加一胁砒口凡妇co．，厶d，死口彬凡300210，劬i舳)Abstract：ResonantfbquencyofmevibratingsystemofLOAwasresearchedbasedonANSYS12．Omodalanalysis．Firstfiveresonantf南quencywascalculated，worldngfbquencyofLOAvibratingsystemwhichisthefou

4、ndalionofdesigIlingcurrentfkquencyofcoilswasobtajnedbyresearching．ThismethodwaLsprovedeffbctiveonLOAdesigningandimpmVing．Keywords：LOA；modalanalysis；VibratingII】【ode；FEA0引言直线振动电机(LoA)是利用方向交变的电磁力(或电磁力和弹簧力配合)产生往复直线运动的驱动机构，同传统旋转电机相比，由于没有从旋转运动到直线运动的转换机构，具有结构简单、体积小等优点，被广泛应用于小型空气压缩机、电磁阀、搅拌机等电磁机构中¨。

5、3]。LoA一般的运动模型是使直线振动电机以系统机械固有频率运动，这可以使振动电机最有效地吸收能量HJ，因此弹簧和振子组件(即振动系统)的固有频率对LoA性能影响较大，有必要对其振动系统进行模态分析，为其结构设计和选用提供正确的原则。本文选用一种低频动磁式LOA的振动系统为研究对象，利用通用有限元分析软件ANsYS12．0为工具，对研究对象进行模态分析。1电机结构本文研究的LOA结构如图1所示，其中振子由铁芯和永磁铁组成，振子与安放在其上方的弹簧形成往复运动系统，线圈3中通入交变电流可以周期性的改变电磁推力的方向，使振子实现连续不断的往复运动，当电流频率与振动系统的固有频率相同

6、时，振子的振幅将达到最大值。l一弹簧2一铁芯3一线圈4一永磁铁图l低频动磁式振动电机结构示意图2模态分析理论及计算方法对于一个Ⅳ自由度线性定常系统，其运动方程为：[肘]{龙”}+[c]{戈7}+[K]{戈}={F}式中，[肘]、[c]和[K]分别为结构质量、阻尼和刚度矩阵。{菇”}、{石’}、{石}和{F}分别为系统各点加速度响应向量、速度响应向量、位移响应向量和激励力向量。模态分析时，要求解的是固有频率和振收稿日期：20lO．06-09作者简介：翟文波(1984)，男，硕士研究生，主要从事有限元仿真工作。E．mail：wenbo．zai@s姗suIlg．c哪万方数据t七扎型毒

7、数圊有模忠．与外载荷无戈．即jF4=O}，则得到系统的自fh振动力狂在计箅系统的同有频率和嘲有振型时，绵构阻尼的影响很小，-Ⅱ“忽略__f：计，这时无阻尼nm振动的运动疗程为【哪}，“}+【M]1mI=10j．．————!—兰ilL()^振自《绒的前En植态H#结$模￡m数刚目％丰／Hz％《其对应的特aF方程为5581蚺目z轴m方向成45。角扭转([K]一∞：："1)}x=；o}式中，∞为自由振动同有频率，Ⅳ个自由度的系统就有Ⅳ个固有频率3。A吣ys戟件提供了包括于空间(suhpacc)法、分块Lanc撕法和P0werDy⋯㈦法等共6种横志提取方法=由于分块I⋯删法可“很奸的处

8、理剐体振型，并且精度高、求解快⋯1．吲此本文采J玎该方法对振动系统的前五阶模卷进行求解。3振动系统的有限元模型图2是本文研究的振动系统的有限元模喇。由于研究对象的弹簧不璺轴对称结构，H对称边界条件只产生对称的振型，这样将会丢失一些振型．因此采Ⅲ二维实体模型进行模态分析。利HjA一驯sl2u建立模型时．将模刊中的倒角、小牵隙等细节进行合理的简化。由于模型结构大部分比较规则，吲此采用帅】-d95单元进行喇格划分，为保证计算精度．对弹簧的网格进行局部细化，最终将模型划分成192，178个单兀．30