冷镦机曲轴的结构动力学分析.pdf

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1、现代制造、工艺装备Manufacturing&ProcessEquipmentlI2一DJ一5。年⋯第’J一期。冷镦机曲轴的结构动力学分析木戴春祥，纪松，李莉敏，何斌(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)摘要：通过有限元分析软件ABAQUS对冷镦机曲轴进行了模态分析，提取了前30阶的固有频率和振型。然后通过曲柄转角的研究，对曲轴做了详细的受力分析。并根据频率提取结果，结合模态叠加动力学分析理论，对冷镦机曲轴在冲击载荷作用下进行了瞬态动力学分析，得到了该曲轴在瞬态冲击下的变形以及应力云图，为进一步提高曲轴疲劳可靠性特别是冲击载荷作用下的疲劳及优化设计提供了参考。关键词：冷镦机

2、曲轴受力分析模态动力学ABAQUS中图分类号：TH113．2+2文献标识码：A文章编号：1002—6886(2015J01—0001—06StructuraldynamicsanalysisofthecrankshaftofcoldheaderDAIChunxiang，JISong，LILimin，HEBinAbstract：WiththeABAQUS，modalanalysisofthecrankshaftofcoldheaderwascarriedoutandthefirst30ordernaturalfrequencyandmodalshapewasobtained．Thenfo

3、rceanalysisofthecrankwasobtainedbyconsideringthecrankangle．Ac—cordingtotheresultsoffrequencyextractionandmodalsuperpositiondynamicsanalysistheory，transientdynamicanalysisofthecrankshaftundertheactionofimpactloadwascariedout，consequently，thedeformationandstressnephogramofthecrankshaftunderthetran

4、sientimpactwasobtained．Thoseresultsprovidereferencetotheimprovementoffatiguereliabilityespeciallyimpactfatigueandoptimaldesignofthecrankshaftsubsequently．Keywords：coldheader；crankshaft；forceanalysis；dynamicanalysis；ABAQUS首先，利用Lanczos求解方法完成该曲轴频率提取；0引言然后利用瞬时模态叠加理论对曲轴进行结构动力学冷镦机是以镦制加工技术为主，专门生产各类分析。得

5、到了曲轴在碰撞过程中的特性，为之后研螺栓、螺母等紧固件的工作母机。曲轴是冷镦机的究曲轴冲击疲劳以及可靠性提供了参考。关键部件之一，它的工作状况往往直接或者间接影1频率提取分析响着冷镦机的整体性能指标。曲轴的主要作用是带动滑台机构进行左右往复运动来完成紧固件的镦制分析该曲轴前30阶固有频率和振型，频率提取加工，此过程主要由滑台带动的动模与固定在床身采用模态分析方法。上的静模碰撞来实现，因此曲轴就会受到周期性的1．1模态分析理论冲击碰撞载荷的作用。在冷镦机的曲轴研究方面，传统研究方法多是忽略该受力的冲击特性，基于简对于多自由系统，将所有自由度对应的位移用向单的模型求解⋯，只做模态响应和静力

6、学疲劳寿命量{}表示，则机械系统运动微分方程可以表示为：评估，显然不能满足对曲轴日益苛刻的要求J，专[]{U(t)}+[C]{U(t)}+[{U(t){P(t)}(1)门针对此冲击载荷的动力学分析方面的文献比较式中，[]为质量矩阵；[K]为刚度矩阵；[C]为阻尼矩少。本文将以某冷镦机曲轴作为研究对象，利用振阵；{(f)}为位移向量；{P(f)}为外加载荷向量。实型叠加法来求解其在冲击载荷作用下的应力状态。际过程中的阻尼较小，在计算固有频率时一般忽略阻观弋。IⅪModern删Mach眄对式(12)中时间t进行求导，略去次要项，得到滑台运动速度的表达式：=∞(sin+争sin2)(13)再

7、对式(13)时间t微分，略去次要项，得到滑台加速度a：0：胁(c0s+Aeos2仅)(14)dt滑台及其附属动模的总质量为m=140kg，带图6冷镦载荷施加示意图人m可得冷墩力F的表达式：图中所示的F为作用在轴颈上的冷墩力，根据F=ma=m(cos+COS20~)(15)传统的理论及有限宽度轴径油膜应力分布规律：载将F=410kN，m=140kg，R=65mm，L=313荷压力q()为载荷F作用下沿曲轴轴颈按二次抛mm，根据本冷镦机的工作效率，