ANSYS在电机转轴失效分析中的应用.pdf

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1、儆持电棚2014fI~142卷第4期方晓碍等ANSYS在电机转轴失效分析中的应用方晓强，金九大，何霞，叶振东，王子荣(中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海200233)摘要：扼要地介绍了ANSYS—Workbench有限元软件求解模态、随机振动基本概念的原理及分析步骤；通过对电机转轴进行动力学有限元仿真计算，结合电机实际试验分析，发现了引起转轴断裂破坏的主要原因，并为电机转轴结构优化，提高转轴抗疲劳性能，以及改进试验固持装置等方面提供了依据。关键词：模态；随机振动；有限元仿真中图分类号：TM303文献标志码：A文章编号：1004—7018

2、(2014)04—0074—03ApplicationofANSYSSoftwareinAnalysisofMotorSpindleFailureFANGXiao—qiang，】lJiu—da．HEXia，YEZhen—dong，WANGZi—rong(No．21ResearchInstituteofCETC，Shanghai200233，China)Abstract：ThetheoryofmodalandrandomvibrationinvolvedinANSYS-Workbenchfinitesoftwarewasintroducedbr

3、ieflyinthispaper，andtheprocedureaswel1．Themainfactorofspindlefailurewasdiscoveredbythedynamicsfinitea—nalysiswithANSYS—Workbench，suchasmodalandrandomanalysis．Somereasonableadviceonoptimizingthespindlestructureandimprovingtestmechanismwasprovided．Keywords：modal；randomvibrati

4、on；finiteelementanalysis0引言定系统的模态参数。系统的动力响应通用方随着科技的不断发展，以及对电机的振动特性』l{}+C{}+K{X}=F(1)分析要求越来越高，有限元技术已成为研究电机的式中：一结构的质量矩阵；C——结构的阻尼矩振动特性的重要技术手段之一。为了有效避免电机由于振动造成的失效情况，必须研究电机的固有频阵；——结构的刚度矩阵；——加速度列矩阵；率及对应的振型。因此，在电机研发过程中必须对——速度列矩阵；——位移列矩阵；F——载荷其振动特性进行详细的分析，以保证电机在实际工向量列矩阵。对于模态分析F、C一般

5、忽略，则式况中避免发生振动相关的失效。本文以某型无刷直(1)可简化：流电动机研发过程为例，该电机转轴的输出端部在Mx+Kx=0(2)整机进行随机振动试验过程中发生转轴断裂。下面将=Xsin(tot)代入式(2)，则：主要从电机研发过程中的振动试验着手，利用AN—(K—to~M)x=0r=1，2，3，⋯，n(3)SYS有限元分析软件对电机转轴结构模态响应以及求解式(3)非零解向量，其中to和X分别为结振动试验过程中的随机振动响应进行动态分析，并构的r阶的固有频率和固有振型¨J。阐述失效原因。ANSYS—Workbench软件中的动力学模块中的l

6、ANSYS—Workbench模态及随机振动分析模态分析是根据(3)式的典型的无阻尼模态分析求介绍解的基本方程来求解，并且假设材料是线弹性材料；模态分析主要用于获得结构系统的固有振动频使用小绕度理论，不包含阻尼J。ANSYS—Work—率及相应的振型，是结构动力学分析的基础。应用bench软件模态分析流程如图1所示，主要分为定物理分离模态技术难以获得的固有振动频率及相应义材料参数、建立模型、划分有限元网格、施加约束的振型，而采用有限元法形成系统的离散数学模和载荷、分析模型、查看计算结果六个步骤。型——质量矩阵和刚度矩阵，然后通过求解特征值，随

7、机振动是指对未来任何一个给定时刻，其瞬时值不能预先确定机械振动，其振动幅值及相位无规律，无法用确定的数学函数来描述，而只能通过概收稿日期：2012—12—2074改稿日期：2013—05—16率统计的方法来表征振动参数。在机电行业，随机读声微持电棚2014年第42卷第4期⋯⋯己／一⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯．⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯_．．⋯⋯一．．．．_-．⋯一⋯二一一．二．!1：．：．一3．2随机振动分析及结果强度要求。通过对断轴端面的形貌观察、金相分析、随机振动试验条件如表2所示，提取转轴模态显微硬度测试分析，也得出输出轴的断裂性质为疲分析结果，通过

8、PSD参数加载，进行转轴的随机振劳断裂，输出轴所用材料组织状态未见明显异常。动分析，分析结果如图10、11所示。4结语本文通过对电机转轴的振动特性进行有限元分析，得