基于有限元法的试验机转轴动力学分析.pdf

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1、第7期机械设计与制造2013年7月MachineryDesign&Manufacture137基于有限元法的试验机转轴动力学分析文广，周桂源，王娟，王彩芸，刘启跃(西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所，四川成都610031)摘要：试验机转轴的动态特性极大地影响了试验机的动力学性能和工作精度，论文利用有限元方法(FEM)对试验机转轴进行了模态分析和谐响应分析，利用模态分析得出转轴的各阶模态及其固有频率，利用谐响应分析得出对转轴振动影响最大的模态。模态分析结果说明固有频率的大小与模态发生的部位有

2、关，同一部位发生的模态固有频率接近；谐响应分析结果说明转轴左端前后方向和竖直方向的弯曲振动模态比较容易引起转轴的共振。分析结果为转轴结构的进一步优化提供了理论参考。关键词：试验机转轴；动态特性；模态分析；谐响应分析中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)07—0137—03DynamicsAnalysisofTestMachineShaftBasedonFiniteElementMethodWENGuang，ZHOUGui-yuan，WANGJuan，WANGCai-

3、yun，LIUQi-yue(TribologyResearchInstitute，StateKeyLaboratoryofTractionPower，SouthwestJiaotongUniversity，SichuanChengdu610031，China)Abstract：Thedynamiccharacteristicsofthetestmachineshgreat@afectthedyo~micpefor,no~eandworkingaccuracyofthetestingmachine．Th

4、efiniteelementmethodisusedtodomodelanalysisandharmonicresponseanabysisonthetestmachineshaftEachmodelandcorrespondingnaturdfrequenciesoftheshoreworkedoutbymodelanalysis．Themodelwhichhasthegreatestefectonthevibrationoftheshisobtainedbyharmonicresponseanal

5、ysis．TheresultsofmodelanalysisindicatethatnaturalfrequencyhassomethingtodowiththemodelpartsandthenaturalfrequenciesontheSOIIl~partclose．Whiletheresultsofharmonicresponseanalysisshowthatthebendingvibrationforward．backwardanduprightonthepartoftheshiseasie

6、rtocall~eitsresonance．Inoneword，theresultsoftheanalysesprovide口theoreticalrefer~nee，0rfurtheroptimizationoftheshstructure．KeyWords：TheShaftofTestMachine；DynamicCharacteristics；ModelAnalysis；HarmonicResponseAnalysis1引言[M]{}+[c]f1+[]{}．{F}(I)式中：[]、[C]、[]—

7、结构系统的质量、阻尼和刚度矩阵；{F}、试验机在模拟轮轨滚动接触过程中经常出现沿各个方向的振动，这些振动极大地影响了试验机的动力学性能和试验的精{f、{}、f}—结构系统的节点载荷、位移、速度和加速度度。转轴作为试验机的重要组成部分，其动态特性在一定程度上列阵。决定了试验机的动力学性能。借助有限元软件ANSYS对试验机在进行模态分析时，结构系统应看成是不受外力作用的自转轴进行模态分析和谐响应分析，通过模态分析研究转轴的各阶由振动系统，并且忽略阻尼的影响(即考虑无阻尼自由振动系模态及其固有频率等动态特性

8、，通过谐响应分析得出了对转轴动统)，则振动方程为：态性能影响最大的模态，为今后转轴结构的进一步优化提供了理[]+[]{}--0(2)论参考。弹性体的自由振动可以分解为一系列简谐振动的叠加，设2基于ANSYS的动力学分析方法介绍结构作简谐振动，则方程(2)的解可设为：ANSYS动力学分析主要包括模态分析、谐响应分析、瞬态动{}_{A}sin(pt+60)(3)力学分析等，这里主要对转轴进行模态分析和谐响应分析。式中：p—角频率；相角；根据有限元理论，结构系