机床零件模态分析

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1、4.2.1机床结构模态分析模态是机械结构的固有振动特性2—，结构的每一个模态都有其特定的固有频率、阻尼比以及振型⑸J这些参数对于分析以及评价机床结构的动态性能，指导机械结构优化设计都具有重要的指导意义；此外共振有时会造成结构的振动或疲劳，从而破坏结构，所以了解结构本身所具有的刚独特性（结构的固有频率、振型），就可避免该结构在使川过程屮因共振因素造成的不必要的损失。木章将采用有限元法对木论文所设计的机床进行模态分析，为机床的可靠性研究提供垂要的理论依据，并为后续的机械结构优化提供参考。木节所分析的机床是经过简化的机床模型，首先用Pro/Engineer三维实体化建模软件对简化的机

2、床进行三维建模，本文借助于AWE（ANSYSWorkbenchEnvironment）只对软轴弹性磨削工具系统简化模型进行模态分析以及谐响应分析。Ansys提供了7种模态计算方法：子空间法，分块法，缩减法，动态功率法,非对称法，阻尼法，QR阻尼法。对于大多数分析来说，选用的都是子空间法，分块法和缩减法⑴］。子空间法采用的是子空间迭代方法，内部使用的是Jacobi迭代算法，计算时采用的是完整的矩阵，因此计算结果的精度非常高。子空间法无法选择主自由度，因此对于一些不对称且比较复杂的结构，计算速度慢，但是对于人型对称结构，计算方便＞1•精度高。分块法用于大型的多阶模态（40阶以上）分

3、析，计算时自动选取稀疏炬阵进行计算，因此计算速度比子空间法快，但精度并不比子空间法斧。其对计算机内存要求高，大约比了空间法所需内存多一半。缩减法釆用HBI算法来计算特征值和特征向量。缩减法只选择一个主白由度来计算，因此计算速度特别快，但是在计算的过程中采用的质量矩阵是一个近似矩阵，导致计算结果的精度低。模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术，它是所有动力学分析兹基础的内容，主要做的内容是自然频率和阵型的分析，其R的是使结构避免共振或者以特定的频率振动，认识结构对于不同的动力载荷是如何响应的，为其他动力学分析提供控制参数冈4.2.2建立有限元实体模型丿IJ三维实体建模软件Pro

4、/Engineer创建软轴弹性磨削工具系统模型。川Pro/Engineer创建好机床实体简化模型后，须将该模型导入ANSYSWorkbench软件；Pro/Engineer与Workbench兼容，口J以育•接将Pro/Engineer中的机床简化实体模型导入Workbench中。如图4.5所示。图4.5软轴弹性磨削系统423软轴弹性磨削工具系统模型模态分析砂带轮支架材料为Q235,密度7800kg/m3,弹性模量2x10uPa,泊松比“=0.3。将模型导入ANSYSWorkbench屮，进行模态分析。分析流程如图4.3所示。2Geometry倒入複型▼B1④Modal(ANS

5、YS)I2&EngineeringData—3下,Geometry4•9Modela厂5曲SetupJA6隔SolutionJ,7◎ResultsJA模态分析（有约束）®Geometry1■2檯态分析（无约束）甲Modal(ANSYS)&EngineeringDataVA图4.3软轴弹性磨削工具系统简化模型模态分析流程导入三维模型，如图4.6所示。采JIJANSYSWorkbench默认的单元类型（SOLID187、SOLID186）对简化模型进行网格划分。对于简化模型中尺寸较大的零件采用较人的网格划分，单元体尺寸大小为15mm，网格划分的结果如图4.7所示。整个模型一共划分1

6、78463423软轴弹性磨削工具系统模型模态分析砂带轮支架材料为Q235,密度7800kg/m3,弹性模量2x10uPa,泊松比“=0.3。将模型导入ANSYSWorkbench屮，进行模态分析。分析流程如图4.3所示。2Geometry倒入複型▼B1④Modal(ANSYS)I2&EngineeringData—3下,Geometry4•9Modela厂5曲SetupJA6隔SolutionJ,7◎ResultsJA模态分析（有约束）®Geometry1■2檯态分析（无约束）甲Modal(ANSYS)&EngineeringDataVA图4.3软轴弹性磨削工具系统简化模型模态

7、分析流程导入三维模型，如图4.6所示。采JIJANSYSWorkbench默认的单元类型（SOLID187、SOLID186）对简化模型进行网格划分。对于简化模型中尺寸较大的零件采用较人的网格划分，单元体尺寸大小为15mm，网格划分的结果如图4.7所示。整个模型一共划分178463个单元体、235016个节点。DOOXDODtnm)14000ANvl?图4.6导入实体图4.7网格划分网格划分好后，对机床简化模型施加约束。施加约束时，约束外力是接触论和叶片之间的相互作川力，作用在接触轮上，方向