【正文】 料疲勞壽命載荷因子損壞百分比方案一機座QT400+20端蓋QT400+2385方案二機座HT300+2726．0端蓋HT300+32 由上表可知當機座和端蓋采用QT400、HT300各項指標是能滿足要求的，++32，一年根據365天，每天工作24小時計算得，（因其額定轉速約為150rpm）。電梯曳引機的壽命一般為30年，經計算，兩種材料的使用壽命是滿足的。第五章 結構模態(tài)分析 結構模態(tài)分析基礎知識 振動是工程實際中普遍存在的一種現(xiàn)象，曳引機在轉子轉動時會產生振動給它的支撐部件，機座和端蓋會在曳引機額定載荷工作下時明顯的振動。為了能定性和定量的研究解決這些振動問題，需要建立與實際振動系統(tǒng)相對應的數學力學模型，即簡化模型。模態(tài)分析用于計算共振頻率以及他們對應的振動模式，它們是承受動態(tài)載荷機構設計中的重要參數，同時，它也是其他動力學分析的起點和必須的前期分析過程。Solid Works 2012的模態(tài)分析可以對預應力的結構進行模態(tài)分析，它是線性的，在分析中忽略系統(tǒng)阻尼對其自身振動特性的影響，而且任何所施加的里載荷在模態(tài)分心中都不考慮。對于一些預應力模態(tài)分析問題需要先進行結構靜力學分析，之后在模態(tài)分析初始條件設置中指明結構預應力值來進行前期靜力分析結果。當然，這也可以做自由模態(tài)分析，不需要對部件施加任何約束和接觸情況。然后可以給以一定的約束和設置接觸情況，比較其振型和固有頻率。另外，需要注意模態(tài)分析和靜力學分析不同，必須對材料密度進行定義。結構模態(tài)分析包括自由模態(tài)分析和工況模態(tài)分析。在動力學分析中，增加阻尼矩陣[C]和質量矩陣[M],即有,此為典型的有阻尼交迫振動方程，是工況模態(tài)分析的理論基礎；當缺少阻尼是，該方程簡化為，此為自由振動方程，用于自由模態(tài)分析。自由模態(tài)分析無需對系統(tǒng)設置邊界約束條件，它反映的是系統(tǒng)自身的一些特性，相比工況模態(tài)分析它涉及的影響因素少。用有限元法做這分析時，自由模態(tài)分析的結果結論可以對后續(xù)工況模態(tài)做對比論證和模型修正。大多數情況下，產品的設計都需要避免共振。在已知產品將面臨什么樣的激勵頻率后，我們總是以這樣的方式來設計產品，保證產品的固有頻率不與激勵頻率吻合。為了避免共振，我們可以通過改變產品的集合結構、材料、避振特性或在適當的地方添加質量單元。然而共振并不總是一件壞事，事實上，有許多裝置專門設計為在共振模式下工作，比如音樂器材、夯土機、汽錘等。 機座及端蓋有限元建模有限元模態(tài)分析過程一般是由4個主要步驟組成：建模、加載及求解、擴展模態(tài)以及查看結果，并對結果進行分析求證。模態(tài)分析首先的建立有限元的模型，這與前面靜力學分析一樣的。只是除了在第3章中使用前處理器定義單元類型、材料類型，網格劃分及幾何建模外還需要補充材料性質的其余參數，這里還必須要指定材料的質量密度，本文中機座和端蓋的材料選取了兩種，QT400和HT300。+06 kg/mm^+06 kg/mm^3.在模態(tài)分析中必須注意兩點：(1)模態(tài)分析中只會分析線性行為；(2)必須指定楊氏模量（即彈性模量）、密度質量（非指重力）和泊松比。本次模態(tài)分析將對兩種材料QT400和HT300分別進行自由模態(tài)分析和工作狀態(tài)下的模態(tài)分析，其他建模情況同上，這里對模態(tài)提取方法和階數做了定義，提取前10階模態(tài)。本文采用的是FFE Plus 迭代計算，采用迭代矩陣求解器，提取特征值。模態(tài)階數選取10，前面6階模態(tài)參數對結構動力學性能影響較大。該曳引機的載重為1000Kg,(即1600mm/s)，以及曳引輪直徑為404mm,曳引比為2:1，可計算其轉子轉速。由公式：因為曳引比為2：1，故轉速：n=*2=. 結構模態(tài)分析及結果總結 QT400機座及端蓋模態(tài)分析結果 為在自由模態(tài)分析下，機座和端蓋其中6階振型階數主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動特點10沿X軸方向移動2沿Y軸方向移動3沿Z軸方向移動4繞X軸轉動5繞Y軸轉動6繞Z軸轉動7機座左上角向前扭轉8機座軸承座處向右扭轉9機座上下部分拉伸10機座上部分扭轉，自由模態(tài)下機座和端蓋前6階頻率值均遠遠小于1，為其6個自由度方向上的模態(tài)值，由于在自由模態(tài)下，前三階的移動自由度，呈現(xiàn)的最大合位移基本一致，后三階的轉動自由度所呈現(xiàn)的最大合位移也基本一致。由圖可知最大合位移變化不大，在148mm和221mm之間，最大合位移位置分別如圖所示，其振動特性詳見動畫。后4階頻率值與前6階明顯不一樣，在260Hz和580Hz之間，最大合位移有所差異。固有頻率乘以60為15600和34800，其值是遠遠大于曳引機轉子轉速的，故不會產生共振情況。 為在工況模態(tài)分析下，機座和端蓋其中6階振型 工況模態(tài)下機座及端蓋前10階情況階數主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動特點1機座上部分向后扭動2機座左上角前后扭動3機座左右上角前后扭動4機座軸承座處上下扭動5機座軸承座處左右扭動6機座軸承座處前后扭動7機座上部中段上下彎曲8機座左右中部左右彎曲9機座上部中段上下彎曲10機座上下中部上下扭轉，工況模態(tài)下機座和端蓋前10階的頻率值，最大合位移及位置以及振動特性。前10階頻率值均在在140Hz和1100Hz之間，且隨著階數增加數值變大，固有頻率乘以60為8400和66000，其值是遠遠大于曳引機轉子轉速的，故不會產生共振情況。最大合位移及位置跟振動特性和結構情況密切相關，具體情況可參看后處理視圖結果動畫。 HT300機座及端蓋模態(tài)分析結果 為在自由模態(tài)分析下，機座和端蓋其中6階振型 自由模態(tài)下機座及端蓋前10階情況階數主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動特點10沿X軸方向移動2沿Y軸方向移動3沿Z軸方向移動4繞X軸轉動5繞Y軸轉動6繞Z軸轉動7機座四角前后扭動8機座軸承座處左右扭動9機座上下中部上下拉伸10機座上部分前后扭動 在工況模態(tài)分析下，機座和端蓋其中6階振型 工況模態(tài)下機座及端蓋前10階振動情況階數主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動特點1機座上部分前后彎曲2機座上部分左右兩角前后扭動3機座上部分左右兩角前后彎曲4機座軸承處上下扭動5機座軸承處左右扭動6機座上部分前后扭曲7機座上部中部上下彎曲8機座左右中部左右扭動9座上部中部上下扭曲10機座上下部中部上下扭轉 QT400和HT300端蓋模態(tài)分析結果 自由模態(tài)下端蓋其中6階振型（材料QT400，放大1倍） 自由模態(tài)下端蓋前10階振動情況（材料QT400）階數主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動特點10沿X軸方向移動2沿Y軸方向移動3沿Z軸方向移動4繞X軸轉動5繞Y軸轉動6繞Z軸轉動7端蓋兩側向Z軸擺動8端蓋兩側向X軸擺動9端蓋四周向Y軸負向振動10端蓋四周向Y軸正向振動，端蓋在自由工況下前6個模式的特征值均遠遠小于1，它們分別代表結構6個方向上的自由度對應的模態(tài)值，其變化云圖是對稱的，變化形狀差異不大，最大振幅位置均在端蓋邊緣上，振動特性只是方向不同。模式7和模式模式模式10的參數和模態(tài)形狀差異比較大，，而模式模式模式10差異則不大，在337~343Hz之間，最大合位移也相差無幾，在98~122mm之間。（材料QT400）： 工況模態(tài)下端蓋前6階振動變化云圖（QT400，放大3倍） 工況模態(tài)下端蓋前6階振動情況（材料QT400）階數主振頻率(Hz)最大振幅(mm)振動特點1端蓋沿Y軸正向移動2端蓋沿Y軸負向移動3端蓋往中間向上擠壓4端蓋往中間向下擠壓5端蓋下部向后扭轉6端蓋沿Z軸前后擺動，端蓋在工況模態(tài)下的主振頻率在160~590Hz之間，最大合位移在75~154mm左右，最大合位移位置主要分布在端蓋邊緣和加強筋附近。自由模態(tài)下，前幾階的振動頻率值變化不大，相當穩(wěn)定。相比自由工況下的振動情況，頻率有所增加（因固定了端蓋螺釘孔），振幅差別相對比較小。 自由模態(tài)下端蓋其中前6階振型（材料HT300，放大1倍） 自由模態(tài)下端蓋前10階振動情況（材料HT300）階數主振頻率(Hz)最大振幅(mm)振動特點10沿X軸方向移動2沿Y軸方向移動3沿Z軸方向移動4繞X軸轉動5繞Y軸轉動6繞Z軸轉動7端蓋兩側向Z軸擺動8端蓋兩側向X軸擺動9端蓋四周向Y軸負向振動10端蓋四周向Y軸正向振動 ，端蓋在自由工況下前6個模式的特征值均遠遠小于0，分別代表結構6個方向上的自由度對應的模態(tài)值，其變化云圖變化形狀差異不大，最大振幅位置均在端蓋邊緣上，振動特性只是方向不同。模式7和模式模式模式10的參數和模態(tài)形狀差異比較大，，而模式模式模式10差異則不大，在337~343Hz之間，最大合位移也相差無幾，在98~122mm之間。其振動特性，最大合位移位置與用材料QT400分析結果是一致的，差別很小，跟曳引機轉速相比差距很大，是能滿足要求的。 工況模態(tài)下端蓋前6階振動變化云圖（HT300，放大3倍） 工況模態(tài)下端蓋前6階振動情況（材料HT300）階數主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動特點1端蓋沿Y軸正向移動2端蓋沿Y軸負向移動3端蓋往中間向上擠壓4端蓋往中間向下擠壓5端蓋下部向后扭轉6端蓋沿Z軸前后擺動，端蓋在工況模態(tài)下的主振頻率均在96~350Hz之間，最大合位移在75~128mm之間，最大合位移位置主要分布在端蓋邊緣和加強筋附近。前幾階的振動頻率值變化不大，相當穩(wěn)定。相比自由工況下的振動情況，頻率值有所增加，合位移差別很小，這個主振頻率仍跟轉速相差很大，不會發(fā)生共振。 此外，比較機座及端蓋裝配模型和端蓋模型知，當機座和端蓋裝配好后受到約束不一樣，最大合位移相對變小，振動頻率也相應變小。但裝配模型下振動頻率隨振動加劇和特性不同，其值逐漸增加；而端蓋模型下，頻率值相差不多，原因跟其結構和約束狀況相關。比較采用不同材料（QT400和HT300）,在相應情況下，兩者合位移及發(fā)生位置和振動特性均相差甚少。振動頻率采用HT300時比QT400高很多，約3倍，但相距轉速很多，沒太大影響，滿足要求。 結構模態(tài)結果分析本文以曳引機的機座和端蓋的裝配模型，用Solid Works Simulation采用FFE Plus的解算方對以不同材料（QT400和HT300）對它們依次計算了結構的自由和工況模態(tài)，并且改變其結構參數論證了其對結果的影響。參看上節(jié)的機座及端蓋振動情況表以及應力變形云圖可知，由QT400和HT300兩種不同材料下的自由模態(tài)和工況模態(tài)抽取的十種模式下的頻率情況如下所示：自由模態(tài)下，模式1到模式6的特征值均遠遠小于1，它們分別代表結構體在6個方向上對應的模態(tài)值，也稱為第一階模態(tài)形狀即第一階主振型。由于該結構為對稱結構，依次計算第2,3,4階固有頻率分別為559,573和583Hz，采用HT300材料時情況是一致的。工況模態(tài)下，各階的振動頻率在140Hz到1100Hz之間，隨著振動特性變化其值是逐漸變大的。最大合位移跟振動頻率，振動特性以及結構的分布有關。采用HT300材料時結果是一致的。不同材料自由模態(tài)和工況模態(tài)下的的振動頻率跟曳引機轉速相比差距很大，不會產生共振；最大合位移位置由于應力集中主要分布在機座及端蓋左右頂角處和底腳處；最大位移值較小，有70mm左右，是滿足要求的。比較自由模態(tài)和工況模態(tài)下的固有頻率，最大位移和位置以及振動特性，并對照不同材料下的情況知，不同材料對它影響不大，兩者均符合要求。結 論 Solid Works2012是一個高度集成的CAD/CAM/CAE軟件系統(tǒng)，它具有強大的實體造型和三維建模等功能，設計過程中亦可以進行有限元分析，結構靜動力學分析等，越來越受到廣大工程技術人員的青睞和廣泛應用。本課題采用Solid Works三維建模，建立有限元模型，并采用FFE Plus和Direct s prase解算方案對曳引機支撐部件（機座及端蓋）進行了結構靜力學，模態(tài)和疲勞分析。鑒于電梯橋廂的運行狀況，該曳引機對其平穩(wěn)運行和加速運行兩個工況下的分析做了比較，另采用不同的材料（QT400和HT300）比較了他們的剛度，強度，疲勞壽命等，做了一個結構材料優(yōu)化選擇。綜合第三，第四和第五章結構靜力學，疲勞和模態(tài)分析結果的比較知：1. 曳引機機座和端蓋在平穩(wěn)和加速運行不同工況下的的應力均滿足強度要求，兩者差別明顯，亦能滿足其工作要求。2. 結構疲勞分