高速旋转非对称支撑结构的有限元分析.pdf

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1、第24卷第4期机电产品开簋与刨新Vol24．N04垫!!生!里!!：!!!!!竺苎!竺!!些!!!!!!!!-!!!苎!!竺!!：苎!型!!!!!堕：!!望!!文章螭号：1002—6673(2011)04108-03高速旋转非对称支撑结构的有限元分析马阳利(中煤科工集团太原研究院，山西太原030@06)摘要：目前，对高速旋转的非对称结构的离心变形分析尚停留在常规计算阶段，结构轻量化和抗变形能力的矛盾体现～最佳宽厚比难以确定，使得设计裕度较大。本文对此类结构的一个典型算例一偏心光刀组件进行了有限元分析．通过参数化设计建立了一系列光刀组件模型

2、，计算了不同宽度、厚度、材料的多种先刀组件模型的离心变形．分析了变形趋势。确定了光刀的最佳宽厚比，并进行了实物验证。奉文方法对同类结构的设计具有参考意叉。关键词：有限元方法；离心力；变形；最佳宽厚比中国分类号：TP391．9文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002—话73．2011．04．046TheFiniteElementAnalysisofmgh-speedRotaryUnsymmetricalStructuralSubassemblyMAYang-Li(TaiylaanR瞄earchImfi如teofChina

3、CoalTechnology＆EngineeringGroupcorp，TaiyuanShanxi030006．China)Abstract：Atpresent．thecentrifugedeformationanalysisofhi曲一speedumymmemcstructureisadoptconventionalcalculationmemo&itisdifficulttoaacertainthatthebestflakinessratioofthestriaCiXlTewhichaffectthemass∞dthenon—defo

4、rmabilityTheauthorc"ateaseriesofphotovoltaicknifesubassemblymodelffirou曲parametenzadondesign，andusethefiniteclementanalysis．calculatethedeformationofthemodelwithdifferentwidth，thicknessandmaterial，getthebestflakinessmaoTheexperimentvalidatetheCoITectlII§Softhisanalysismet

5、hod-畸woNIs：finite—elementmethod；centrifugaIforce；de『ormation；bestfhkines$ratio0引言为了保证光学精密机械的精确度和稳定性。支撑构件的离心变形已成为设计中不容忽视的因素。有限元法是求解复杂结构的应力分布及变形的一种有效数值方法。可充分考虑偏心结构的形状变化．各种复杂的边界条件．求得偏心结构上各部位详细的应力分布及变形．为偏心结构的精确设计和优化设计提供保证。1力学分析图1所示为某光学精密机械中光电元件的支撑结构组件，其结构强度和刚度对于提高测量装置的精度有很重要的

6、作用。由于光刀偏置安装在高速旋转的空心轴上，其本身的离心变形和空心轴系的累积变形均会影响它的工作精度。为实现该支撑结构组件的轻量化和高速旋转稳定工收稿日期：2011一04—12作者简介：马阳利(1977-)，男．山西晋城人，工程师，硕士研究生。108作的要求．本文通过对该支撑结构组件的非对称离心旋转结构进行有限元分析．提出了改进设计方案．确定_r光刀的最佳宽厚比．优化r其工作性能。圈1某激光翻■装置支撑结构组件啦lThestructuralsupportsubassemblyofalasermeasurementdevi∞1．1光刀支架的

7、离心载荷光刀支架如图2所示．当切向速度很大时，它本身离心载荷引起的周向应力很大。(rad／s)；只一单位体积离Fig．2TheassemblydrawingofJOJ】(N／cm3)；g一重力加pho协voltaickⅡ如轴ba姆embly·制造业信息化·速度(9．81m／s2)。总离心力为：P=J正pgt02】rdvtJ‘lo式中：Z。，矿环形零件的内外半径(mm)。1．2光刀和压板的不平衡离心力由于光刀和压板本身偏置。二者的重心不在旋转轴上，因此当光刀旋转时产生不平衡力，并在轴上产生弯曲载荷，在光刀压板环槽两侧使光刀本身变形为椭圆环。

8、不平衡力计算公式为：P萨Gh∞2·10-5(3)式中：Gf一旋转件不平衡度(g·cm)；妒一旋转角速度(rad／s)；PI广不平衡离心力(N)。转动件不平衡所引起的离心力的方向随着轴的旋转在圆