【正文】 料疲勞壽命載荷因子損壞百分比方案一機(jī)座QT400+20端蓋QT400+2385方案二機(jī)座HT300+2726．0端蓋HT300+32 由上表可知當(dāng)機(jī)座和端蓋采用QT400、HT300各項(xiàng)指標(biāo)是能滿足要求的，++32，一年根據(jù)365天，每天工作24小時(shí)計(jì)算得，（因其額定轉(zhuǎn)速約為150rpm）。電梯曳引機(jī)的壽命一般為30年，經(jīng)計(jì)算，兩種材料的使用壽命是滿足的。第五章 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析基礎(chǔ)知識(shí) 振動(dòng)是工程實(shí)際中普遍存在的一種現(xiàn)象，曳引機(jī)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)給它的支撐部件，機(jī)座和端蓋會(huì)在曳引機(jī)額定載荷工作下時(shí)明顯的振動(dòng)。為了能定性和定量的研究解決這些振動(dòng)問題，需要建立與實(shí)際振動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型，即簡(jiǎn)化模型。模態(tài)分析用于計(jì)算共振頻率以及他們對(duì)應(yīng)的振動(dòng)模式，它們是承受動(dòng)態(tài)載荷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，同時(shí)，它也是其他動(dòng)力學(xué)分析的起點(diǎn)和必須的前期分析過程。Solid Works 2012的模態(tài)分析可以對(duì)預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，它是線性的，在分析中忽略系統(tǒng)阻尼對(duì)其自身振動(dòng)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(duì)于一些預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析問題需要先進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，之后在模態(tài)分析初始條件設(shè)置中指明結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力值來進(jìn)行前期靜力分析結(jié)果。當(dāng)然，這也可以做自由模態(tài)分析，不需要對(duì)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(shè)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(xué)分析不同，必須對(duì)材料密度進(jìn)行定義。結(jié)構(gòu)模態(tài)分析包括自由模態(tài)分析和工況模態(tài)分析。在動(dòng)力學(xué)分析中，增加阻尼矩陣[C]和質(zhì)量矩陣[M],即有,此為典型的有阻尼交迫振動(dòng)方程，是工況模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)；當(dāng)缺少阻尼是，該方程簡(jiǎn)化為，此為自由振動(dòng)方程，用于自由模態(tài)分析。自由模態(tài)分析無需對(duì)系統(tǒng)設(shè)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(shí)，自由模態(tài)分析的結(jié)果結(jié)論可以對(duì)后續(xù)工況模態(tài)做對(duì)比論證和模型修正。大多數(shù)情況下，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都需要避免共振。在已知產(chǎn)品將面臨什么樣的激勵(lì)頻率后，我們總是以這樣的方式來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，保證產(chǎn)品的固有頻率不與激勵(lì)頻率吻合。為了避免共振，我們可以通過改變產(chǎn)品的集合結(jié)構(gòu)、材料、避振特性或在適當(dāng)?shù)牡胤教砑淤|(zhì)量單元。然而共振并不總是一件壞事，事實(shí)上，有許多裝置專門設(shè)計(jì)為在共振模式下工作，比如音樂器材、夯土機(jī)、汽錘等。 機(jī)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(gè)主要步驟組成：建模、加載及求解、擴(kuò)展模態(tài)以及查看結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)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(xué)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(wǎng)格劃分及幾何建模外還需要補(bǔ)充材料性質(zhì)的其余參數(shù)，這里還必須要指定材料的質(zhì)量密度，本文中機(jī)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(diǎn)：(1)模態(tài)分析中只會(huì)分析線性行為；(2)必須指定楊氏模量（即彈性模量）、密度質(zhì)量（非指重力）和泊松比。本次模態(tài)分析將對(duì)兩種材料QT400和HT300分別進(jìn)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(duì)模態(tài)提取方法和階數(shù)做了定義，提取前10階模態(tài)。本文采用的是FFE Plus 迭代計(jì)算，采用迭代矩陣求解器，提取特征值。模態(tài)階數(shù)選取10，前面6階模態(tài)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能影響較大。該曳引機(jī)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(jì)算其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。由公式：因?yàn)橐芬葹?：1，故轉(zhuǎn)速：n=*2=. 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析及結(jié)果總結(jié) QT400機(jī)座及端蓋模態(tài)分析結(jié)果 為在自由模態(tài)分析下，機(jī)座和端蓋其中6階振型階數(shù)主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動(dòng)特點(diǎn)10沿X軸方向移動(dòng)2沿Y軸方向移動(dòng)3沿Z軸方向移動(dòng)4繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)5繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)6繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)7機(jī)座左上角向前扭轉(zhuǎn)8機(jī)座軸承座處向右扭轉(zhuǎn)9機(jī)座上下部分拉伸10機(jī)座上部分扭轉(zhuǎn)，自由模態(tài)下機(jī)座和端蓋前6階頻率值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，為其6個(gè)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(dòng)自由度，呈現(xiàn)的最大合位移基本一致，后三階的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)特性詳見動(dòng)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于曳引機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的，故不會(huì)產(chǎn)生共振情況。 為在工況模態(tài)分析下，機(jī)座和端蓋其中6階振型 工況模態(tài)下機(jī)座及端蓋前10階情況階數(shù)主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動(dòng)特點(diǎn)1機(jī)座上部分向后扭動(dòng)2機(jī)座左上角前后扭動(dòng)3機(jī)座左右上角前后扭動(dòng)4機(jī)座軸承座處上下扭動(dòng)5機(jī)座軸承座處左右扭動(dòng)6機(jī)座軸承座處前后扭動(dòng)7機(jī)座上部中段上下彎曲8機(jī)座左右中部左右彎曲9機(jī)座上部中段上下彎曲10機(jī)座上下中部上下扭轉(zhuǎn)，工況模態(tài)下機(jī)座和端蓋前10階的頻率值，最大合位移及位置以及振動(dòng)特性。前10階頻率值均在在140Hz和1100Hz之間，且隨著階數(shù)增加數(shù)值變大，固有頻率乘以60為8400和66000，其值是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于曳引機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的，故不會(huì)產(chǎn)生共振情況。最大合位移及位置跟振動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)情況密切相關(guān)，具體情況可參看后處理視圖結(jié)果動(dòng)畫。 HT300機(jī)座及端蓋模態(tài)分析結(jié)果 為在自由模態(tài)分析下，機(jī)座和端蓋其中6階振型 自由模態(tài)下機(jī)座及端蓋前10階情況階數(shù)主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動(dòng)特點(diǎn)10沿X軸方向移動(dòng)2沿Y軸方向移動(dòng)3沿Z軸方向移動(dòng)4繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)5繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)6繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)7機(jī)座四角前后扭動(dòng)8機(jī)座軸承座處左右扭動(dòng)9機(jī)座上下中部上下拉伸10機(jī)座上部分前后扭動(dòng) 在工況模態(tài)分析下，機(jī)座和端蓋其中6階振型 工況模態(tài)下機(jī)座及端蓋前10階振動(dòng)情況階數(shù)主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動(dòng)特點(diǎn)1機(jī)座上部分前后彎曲2機(jī)座上部分左右兩角前后扭動(dòng)3機(jī)座上部分左右兩角前后彎曲4機(jī)座軸承處上下扭動(dòng)5機(jī)座軸承處左右扭動(dòng)6機(jī)座上部分前后扭曲7機(jī)座上部中部上下彎曲8機(jī)座左右中部左右扭動(dòng)9座上部中部上下扭曲10機(jī)座上下部中部上下扭轉(zhuǎn) QT400和HT300端蓋模態(tài)分析結(jié)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(dòng)情況（材料QT400）階數(shù)主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動(dòng)特點(diǎn)10沿X軸方向移動(dòng)2沿Y軸方向移動(dòng)3沿Z軸方向移動(dòng)4繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)5繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)6繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)7端蓋兩側(cè)向Z軸擺動(dòng)8端蓋兩側(cè)向X軸擺動(dòng)9端蓋四周向Y軸負(fù)向振動(dòng)10端蓋四周向Y軸正向振動(dòng)，端蓋在自由工況下前6個(gè)模式的特征值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，它們分別代表結(jié)構(gòu)6個(gè)方向上的自由度對(duì)應(yīng)的模態(tài)值，其變化云圖是對(duì)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(dòng)特性只是方向不同。模式7和模式模式模式10的參數(shù)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(dòng)變化云圖（QT400，放大3倍） 工況模態(tài)下端蓋前6階振動(dòng)情況（材料QT400）階數(shù)主振頻率(Hz)最大振幅(mm)振動(dòng)特點(diǎn)1端蓋沿Y軸正向移動(dòng)2端蓋沿Y軸負(fù)向移動(dòng)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(zhuǎn)6端蓋沿Z軸前后擺動(dòng)，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(qiáng)筋附近。自由模態(tài)下，前幾階的振動(dòng)頻率值變化不大，相當(dāng)穩(wěn)定。相比自由工況下的振動(dòng)情況，頻率有所增加（因固定了端蓋螺釘孔），振幅差別相對(duì)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(dòng)情況（材料HT300）階數(shù)主振頻率(Hz)最大振幅(mm)振動(dòng)特點(diǎn)10沿X軸方向移動(dòng)2沿Y軸方向移動(dòng)3沿Z軸方向移動(dòng)4繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)5繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)6繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)7端蓋兩側(cè)向Z軸擺動(dòng)8端蓋兩側(cè)向X軸擺動(dòng)9端蓋四周向Y軸負(fù)向振動(dòng)10端蓋四周向Y軸正向振動(dòng) ，端蓋在自由工況下前6個(gè)模式的特征值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0，分別代表結(jié)構(gòu)6個(gè)方向上的自由度對(duì)應(yīng)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(dòng)特性只是方向不同。模式7和模式模式模式10的參數(shù)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(dòng)特性，最大合位移位置與用材料QT400分析結(jié)果是一致的，差別很小，跟曳引機(jī)轉(zhuǎn)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(dòng)變化云圖（HT300，放大3倍） 工況模態(tài)下端蓋前6階振動(dòng)情況（材料HT300）階數(shù)主振頻率(Hz)最大合位移(mm)振動(dòng)特點(diǎn)1端蓋沿Y軸正向移動(dòng)2端蓋沿Y軸負(fù)向移動(dòng)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(zhuǎn)6端蓋沿Z軸前后擺動(dòng)，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(qiáng)筋附近。前幾階的振動(dòng)頻率值變化不大，相當(dāng)穩(wěn)定。相比自由工況下的振動(dòng)情況，頻率值有所增加，合位移差別很小，這個(gè)主振頻率仍跟轉(zhuǎn)速相差很大，不會(huì)發(fā)生共振。 此外，比較機(jī)座及端蓋裝配模型和端蓋模型知，當(dāng)機(jī)座和端蓋裝配好后受到約束不一樣，最大合位移相對(duì)變小，振動(dòng)頻率也相應(yīng)變小。但裝配模型下振動(dòng)頻率隨振動(dòng)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(jié)構(gòu)和約束狀況相關(guān)。比較采用不同材料（QT400和HT300）,在相應(yīng)情況下，兩者合位移及發(fā)生位置和振動(dòng)特性均相差甚少。振動(dòng)頻率采用HT300時(shí)比QT400高很多，約3倍，但相距轉(zhuǎn)速很多，沒太大影響，滿足要求。 結(jié)構(gòu)模態(tài)結(jié)果分析本文以曳引機(jī)的機(jī)座和端蓋的裝配模型，用Solid Works Simulation采用FFE Plus的解算方對(duì)以不同材料（QT400和HT300）對(duì)它們依次計(jì)算了結(jié)構(gòu)的自由和工況模態(tài)，并且改變其結(jié)構(gòu)參數(shù)論證了其對(duì)結(jié)果的影響。參看上節(jié)的機(jī)座及端蓋振動(dòng)情況表以及應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，它們分別代表結(jié)構(gòu)體在6個(gè)方向上對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，依次計(jì)算第2,3,4階固有頻率分別為559,573和583Hz，采用HT300材料時(shí)情況是一致的。工況模態(tài)下，各階的振動(dòng)頻率在140Hz到1100Hz之間，隨著振動(dòng)特性變化其值是逐漸變大的。最大合位移跟振動(dòng)頻率，振動(dòng)特性以及結(jié)構(gòu)的分布有關(guān)。采用HT300材料時(shí)結(jié)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(dòng)頻率跟曳引機(jī)轉(zhuǎn)速相比差距很大，不會(huì)產(chǎn)生共振；最大合位移位置由于應(yīng)力集中主要分布在機(jī)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(dòng)特性，并對(duì)照不同材料下的情況知，不同材料對(duì)它影響不大，兩者均符合要求。結(jié) 論 Solid Works2012是一個(gè)高度集成的CAD/CAM/CAE軟件系統(tǒng)，它具有強(qiáng)大的實(shí)體造型和三維建模等功能，設(shè)計(jì)過程中亦可以進(jìn)行有限元分析，結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力學(xué)分析等，越來越受到廣大工程技術(shù)人員的青睞和廣泛應(yīng)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(duì)曳引機(jī)支撐部件（機(jī)座及端蓋）進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)，模態(tài)和疲勞分析。鑒于電梯橋廂的運(yùn)行狀況，該曳引機(jī)對(duì)其平穩(wěn)運(yùn)行和加速運(yùn)行兩個(gè)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(qiáng)度，疲勞壽命等，做了一個(gè)結(jié)構(gòu)材料優(yōu)化選擇。綜合第三，第四和第五章結(jié)構(gòu)靜力學(xué)，疲勞和模態(tài)分析結(jié)果的比較知：1. 曳引機(jī)機(jī)座和端蓋在平穩(wěn)和加速運(yùn)行不同工況下的的應(yīng)力均滿足強(qiáng)度要求，兩者差別明顯，亦能滿足其工作要求。2. 結(jié)構(gòu)疲勞分