盘点旋转体的有限元分析流程

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本文应用维建模软件PE对旋转体零件进行建模，并对其进行适当的简化和修复，以中间文件的形式导入ANSYS系统，建立对应的有限元模型。材料属性见表。主要材料参数材料弹性模量GP，密度-3，泊松比HT300130735027，有限元的格包括数据和单元信息。正确划分格是进行有限元分析的先决条件。格单元尺寸越小，划分越密集，求解精度也越高，同时求解过程持续时间也越长，对计算机硬件要求越高；所以，应该在满足求解精度的前提下，合理划分格，以达到精、准、的要求。鉴于旋转体底座结构为空间不规则几何体，故选用10节点的SOLID92块单元，采用自由格划分，几何体不规则部分采用协调分片算法自动生成四面体，规则部分采用扫掠法产生六面体格。划分结果显示细化水平为8，节点数为112403个，单元个数65896个。模型格划分结果如图所示。坐标轴的建立：X方向为旋转体水平方向；Y方向为旋转体垂直方向，即重力方向；Z方向与主轴进给方向一致。有限元分析公司的相关知识也可以到网站具体了解一下，有专业的客服人员为您全面解读，相信会有一个好的合作！http://www.nataid.com/

根据旋转体安装位置特点，其于主轴的轴端相连，约束应该施加在跟主轴相连的连接孔上，单独分析旋转体时，把内孔节点的连接位置看做不变量，行完全约束。旋转体一方面还受其自身重力的影响，另一方面在竖直方面上做旋转运动。根据额定比较大转速计算出转速为416。其余各受力、载荷见前文受力分析。ANSYS软件求解模块进行分析计算，计算结束后旋转体的变形及应力如图所示。

由图可以看出，X方向上比较大变形值为6059，Y方向上比较大变形值为7607，Z方向上比较大变形值为17466，其总结构变形图上显示变形值大部分区间0~12。比较大变形出现在远离旋转体中心比较远边缘处受力比较大的地方，故其变形也比较大，其刚度为67103N。上述数据表明，旋转体的重力变形以及旋转产生的离心力不可忽视。为提高其静刚度，增强其抵抗变形的能力，应考虑筋板的结构形式及合理分布。

执行动力学分析的第１步通常是计算忽略阻尼情况下的固有频率和振型，模态是机械结构的固有振动特性，通过模态分析方法可知结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的际振动影响。因为低阶振型对旋转体振动特性影响比较大，所以只对旋转体的前6阶模态频率进行分析。分析结果见表，前6阶模态振型图如图所示。

　由表可以看出，旋转体比较低阶频率为153H，其附属旋转件刀具的额定转速为83，丝杠的转速为333，旋转体的比较低阶频率远远高于其附属旋转件的比较高频率。所以该旋转体避开了固有频率和激振频率的共振，具有良好的结构稳定性。由前6阶振型图可以看出，在各阶振型下，旋转体边缘尤其是约束点轴线两侧有相对的位移，若需要进一步提高该零件的刚度，可以采取在外圆周加强厚度等一系列措施。

谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦规律变化的载荷时稳态响应的一种技术，分析的是计算出结构在激振力频率下的响应，即响应位移与响应应力，并得到系统的动力响应与系统振动频率的曲线。模态分析可得到旋转体各阶振型，表示整体的相对振动情况，而外力激励下各阶振型对整体振动作用大小是不同的，因此对旋转体进行谐响应分析可更清楚地看出旋转体在动态铣削力干扰下的抗振性能。