【正文】 3）定義材料屬性GUI:Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material ModelsGUI:Material Models Available→Structural→Linear→Elastic→Isotropic這時會彈出如圖37所示窗口，在窗口中輸入。在每一次分析之前，特別是在網(wǎng)格劃分之前，一定要先從ANSYS的單元庫中選定一種或幾種單元類型，只有這樣，ANSYS才能夠?qū)?chuàng)建的幾何模型轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的有限元模型進(jìn)行有限元分析。 1）導(dǎo)入后的模型如圖36所示 圖36 導(dǎo)入后模型 2）定義單元類型從ANSYS的單元庫中選擇分析過程之中將要用到的單元類型。 卷筒殼體的有限元分析（1）結(jié)構(gòu)的簡化 由于卷筒的軸承座與外殼是焊接在一起的，再用ANSYS 進(jìn)行分析時，可將軸承座簡化為約束，直接加在外殼上，因此只分析外殼即可。繪制一個或多個變量隨頻率或其它量變化的曲線，有助于形象化地表示分析結(jié)果。這個模塊用于檢查在一個時間段或子步歷程中的結(jié)果，如節(jié)點位移、應(yīng)力或支反力。濃淡圖則用不同的顏色代表不同的數(shù)值區(qū)（如應(yīng)力范圍），清晰地反映了計算結(jié)果的區(qū)域分布情況。這個模塊對前面的分析結(jié)果能以圖形形式顯示和輸出。這些結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度及熱流等，輸出形式可以有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析 后處理模塊POST1和POST26 ANSYS軟件的后處理過程包括兩個部分：通用后處理模塊POST1和時間歷程后處理模塊POST26。（9）壓電分析 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。（8）聲場分析 程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。 （7）流體動力學(xué)分析 ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。（6）電磁場分析 主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動響應(yīng)分析。（2）結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。在該階段，用戶可以定義分析類型、分析選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項，然后開始有限元求解。 求解模塊SOLUTION 前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。ANSYS程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強大的，可對復(fù)雜模型直接劃分，避免了用戶對各個部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。延伸網(wǎng)格劃分可將一個二維網(wǎng)格延伸成一個三維網(wǎng)格。（2）網(wǎng)格劃分ANSYS程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。附加的功能還包括圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動相交運算、自動倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點的建立、移動、拷貝和刪除。在創(chuàng)建復(fù)雜實體模型時，對線、面、體、基元的布爾操作能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。無論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用布爾運算來組合數(shù)據(jù)集，從而“雕塑出”一個實體模型。自頂向下進(jìn)行實體建模時，用戶定義一個模型的最高級圖元，如球、棱柱，稱為基元，程序則自動定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點。這個模塊主要有兩部分內(nèi)容：實體建模和網(wǎng)格劃分。這種命令方式在進(jìn)行某些重復(fù)性較高的工作時，能有效地提高工作速度。如果軟件運行過程中出現(xiàn)問題，將有助于快速發(fā)現(xiàn)問題的根源。用戶的指令可以通過鼠標(biāo)點擊菜單項選取和執(zhí)行，也可以在命令輸入窗口通過鍵盤輸入。從開始平臺（主菜單）可以進(jìn)入各處理模塊：PREP7（通用前處理模塊），SOLUTION（求解模塊），POST1（通用后處理模塊），POST26（時間歷程后處理模塊）。微機(jī)版的基本硬件要求為：顯示分辨率為1024768，顯示內(nèi)存為2M以上，硬盤大于350M，推薦使用17英寸顯示器。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機(jī)到大型機(jī)的多種計算機(jī)設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, I－DEAS, AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAD工具之一[49]。建立卷筒皮，軸承座，軸承模型，并生成裝配圖，分別如圖31~35所示。后置處理、車加工。UG NX 強大的加工功能由多個加工模塊組成。在交互操作過程中，用戶可在圖形方式下交互編輯刀具路徑，觀察刀具的運動過程，生成刀具位置源文件。UG NX 系統(tǒng)提供了各種復(fù)雜零件的粗精加工，用戶可以根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，加工表面形狀和加工精度要求選擇合適的加工類型。CAD/CAM/CAE三大系統(tǒng)緊密集成。目前著名CAD/CAM/CAE 軟件均以此作為實體造型基礎(chǔ)。此外還可直接對實體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測圖挖切生成各種剖視圖，增強了繪制工具圖的實用性。并且在曲面建模設(shè)計領(lǐng)域中，曲面設(shè)計采用非均勻有理B樣條作基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜曲面，特別適合于汽車外形設(shè)計、汽輪機(jī)葉片設(shè)計等復(fù)雜曲面造型，體現(xiàn)了UG NX 的極大地優(yōu)越性。并且該軟件具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了CAD/CAM/CAE等各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實施并行工程。同時，在每個操作步驟中，在繪圖區(qū)上方的信息欄和提示欄中將有提示操作信息，便于用戶做出正確的選擇。伴隨著UG版本的不斷更新和功能的不斷補充，促使該軟件朝著專業(yè)化和智能化的方向發(fā)展，其主要技術(shù)特點如下。，此后又相繼開發(fā)了NX2，NX3等。包括產(chǎn)品開發(fā)、制造規(guī)劃、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、電子商務(wù)等的產(chǎn)品解決方案，而且還提供了一整套面向產(chǎn)品的完善服務(wù)。Unigraphics Solutions公司（簡稱UGS）是美國一家全球著名的MCAD供應(yīng)商。故障樹分析理論可以進(jìn)一步將常規(guī)的故障診斷方法和計算機(jī)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，形成測試系統(tǒng)，為卷筒進(jìn)行更有效的故障診斷和可靠性的研究。 （3）卷筒失效的其他類型故障可以采用同樣方法建立故障樹，然后將它們進(jìn)行組合建立故障樹。 本章小結(jié)（1）本章通過分析卷筒失效的各種機(jī)理，并對各種故障形式進(jìn)行失效分析，通過使用故障樹診斷法對卷筒軸承進(jìn)行失效的定性分析和失效的定量分析，判斷出托卷筒承失效的各種故障形式，并得出軸承的疲勞點蝕和過度磨損是造成軸承失效的主要原因，并采取相應(yīng)的防范措施，避免因產(chǎn)生故障而使卷筒軸承不能正常運行。同時為了避免鋼纜在同一個位置處層與層之間疊加排纜, 也要及時驅(qū)動排纜絲杠轉(zhuǎn)動來消除排纜角度。 無論是放纜還是收纜, 導(dǎo)繩輪帶動鋼纜到達(dá)儲纜卷筒的輪緣時, 導(dǎo)繩輪上的觸頭會觸發(fā)行程開關(guān)1，停止導(dǎo)繩輪繼續(xù)向前移動，當(dāng)鋼纜在輪緣側(cè)開始新的一層后，鋼纜與導(dǎo)繩輪在回程方向上出現(xiàn)排纜角度α，行程開關(guān)2 觸發(fā), 導(dǎo)繩輪向相反的方向移動, 這種措施可以保護(hù)設(shè)備的安全。在導(dǎo)繩輪移動的同時, 牽引卷筒和儲纜卷筒之間會增加一小段鋼纜, 儲纜卷筒負(fù)載力矩瞬間減小, 儲纜卷筒快速及時增加速度, 抵消增加的鋼纜長度, 恢復(fù)鋼纜的張力。絞車在工作時, 鋼纜在牽引機(jī)構(gòu)的帶動下以穩(wěn)定的速度v 下放下或者回收，儲纜卷筒以角速度ws 跟隨牽引卷筒運轉(zhuǎn)。 圖29 dL段鋼纜離心張力示意圖 由以上分析可知，在牽引卷筒和鋼纜之間保持一個足夠的包角和合適的摩擦系數(shù)，以及適當(dāng)?shù)木o邊張力，當(dāng)牽引卷筒轉(zhuǎn)動時就可以保證鋼纜在卷筒上卷動。 通常卷筒用耐磨鋼制成，其表面硬度在HRC50~HRC55之間， μm，根據(jù)經(jīng)驗取μ0=，所以，鋼纜與半圓繩槽的當(dāng)量摩擦系數(shù)。根據(jù)起重機(jī)機(jī)械設(shè)計手冊，起重用絞車的卷筒通常都采用半圓形的繩槽，鋼纜與繩槽的當(dāng)量摩擦系數(shù)為m=4m0/p，式中為鋼纜與牽引卷筒間的摩擦系數(shù)。首先以卷筒上一段長為dl 的鋼纜微弧段為對象，分析其受力情況，其受力如圖27 所示：圖中：D 為卷筒直徑；T 為松邊張力；dT 為dl 段鋼纜張力變化；dN 為卷筒對鋼纜徑向作用力；dθ為dl 段鋼纜在卷筒上的包角；df 為dl 段鋼纜與卷筒間的摩擦力。圖26 牽引卷筒工作示意圖 鋼纜之間的摩擦力，所以摩擦力的方向和松邊張力T2 的方向是相同的。在這種情況下, 如果絞車滿載或瞬間超載運行時, 就會與鑄件的殘余內(nèi)應(yīng)力共同發(fā)生作用, 從而將筋板拉爆裂, 超載較嚴(yán)重時即導(dǎo)致筋板產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。其爆、斷裂的原因, 一方面是由于存在著化學(xué)成分偏差大, 機(jī)械強度偏低的因素, 另一方面是在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計上, 中部軸轂較厚, 筋板及內(nèi)外壁板較薄, 鑄件存在著厚薄相差較大的現(xiàn)象,造成鑄件冷卻收縮時受力不均勻, 形成了鑄造內(nèi)應(yīng)力, 使筋板受到壓應(yīng)力。當(dāng)絞車滿載或稍微超載運行時, 內(nèi)壁板受力后即容易發(fā)生拉崩。2）卷筒輪轂內(nèi)壁板爆、斷裂原因?qū)?nèi)壁板爆裂的零件取樣, 進(jìn)行了化驗和機(jī)械性能試驗, 試驗結(jié)果如表25 和表26 表25 卷筒輪轂化驗結(jié)果化學(xué)成分CSPMnSi設(shè)計要求~~1~化驗結(jié)果0..86 表26 卷筒輪轂機(jī)械性能實驗結(jié)果 項目 抗拉強度σ/MPa硬度HB 設(shè)計要求220 170~220 實驗結(jié)果133145 從表2表26 中可以知道, 化學(xué)成分僅有40% 項目合格, 機(jī)械性能項目則全部不合格, 抗拉強度與標(biāo)準(zhǔn)GB9439—88 對照, 只達(dá)到了HT150 牌號的機(jī)械強度要求強度。 1 125 mm 處內(nèi)止口深度設(shè)計為9 mm，而實際上鑄造深度為12～15mm，使該處壁板厚度由16 mm 減少到10 ～13 mm，變?yōu)楸容^薄弱的部位。當(dāng)該軸向剪切力大于壁板的抗剪切力時，壁板即被剪切，發(fā)生斷裂。當(dāng)絞車卷筒受載運行后, 下層的鋼絲繩即受到上層鋼絲繩的擠壓從而產(chǎn)生沿卷筒兩端的軸向變形。一種情況是絞車安裝時, 卷筒與天輪的中心線偏移誤差較大?？芍浑A最小割集8個，三階最小割集6個，四階最小割集1個，8個最小割集直接影響著系統(tǒng)可靠性，為系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，要想提高卷筒的可靠性與使用壽命，應(yīng)先從這8個一階最小割集著手?？傊?，合理利用和管理潤滑脂能最大限度地降低摩擦、減少磨損，進(jìn)而達(dá)到充分發(fā)揮設(shè)備性能的作用，延長設(shè)備使用壽命，從而提高企業(yè)的技術(shù)管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。把潤滑好壞作為一項重要內(nèi)容。（8）制定《設(shè)備潤滑工作技術(shù)管理條例》，明確各級各類入員對設(shè)備潤滑工作的職責(zé)．并將設(shè)備潤滑工作狀況正式納入設(shè)備管理考核評比中。并且潤滑脂應(yīng)存放于陰涼干燥的地方。都會出現(xiàn)潤滑上的問題。設(shè)備所處環(huán)境冬季、夏季的溫差變化較大時。設(shè)備上的供脂口應(yīng)事先擦拭干凈，嚴(yán)防機(jī)械雜質(zhì)、塵埃砂粒的混入。（4）重視加注潤滑脂過程的管理。由于潤滑脂品種質(zhì)量都在不斷改進(jìn)變化，舊零件改用新潤滑脂時，應(yīng)先經(jīng)試驗，試用后方可正式使用；在更換新脂時，應(yīng)先清除廢潤滑脂，將部件清洗干凈。很可能會對脂產(chǎn)生如滴點下降、錐入度增大、機(jī)械穩(wěn)定性下降等不良影響。（2）注意防止不同種類、牌號及新舊潤滑脂的混合，避免裝脂容器、工具在潤滑部位上隨意混用。一般來講。為了避免潤滑脂失效，提高卷筒中潤滑脂的性能，在使用潤滑脂過程中，我們應(yīng)該正確合理的選擇潤滑脂的種類，同時還要注意：（1）適量加注潤滑脂量。潤滑脂使用環(huán)境中的物質(zhì)，如水分、塵埃、有害氣體等也是使其劣化的主要因素。它首先是消耗脂中的抗氧化添加劑。一方面，潤滑脂在高溫環(huán)境和摩擦熱的作用下，會發(fā)生蒸發(fā)損失，其結(jié)果是使基礎(chǔ)油減少、變硬、粘度增加。在離心力的作用下，潤滑脂被甩出摩擦界面或使其分油，從而使?jié)櫥头譁p少，錐入度減少而硬化，到一定程度后則導(dǎo)致潤滑完全失效；在機(jī)械剪切力的作用下，潤滑脂的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞(如皂纖維脫開、分離或取向)而引起軟化，相似粘度下降，稠度下降，析油增加等，最終導(dǎo)致失效。引起潤滑脂失效的因素有很多，最主要的有以下幾種。這主要是由于各種因素的作用最終導(dǎo)致潤滑脂失去正常的潤滑性能。防止受到腐蝕或其他損傷，對長期不用的應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行報廢，以免使用時因橡膠老化引發(fā)故障。但是如果密封面的粗糙度過低(Ra)，則會造成完全密封，即密封件的唇邊會將油膜擦去，加速密封件的摩擦。粗糙度過高，出現(xiàn)縱向拉傷或劃傷及密封件唇口磨損過快。密封面的粗糙度是密封技術(shù)中的一個重要問題。3）為了避免和防止密封件擠出和扭曲，除了注意安裝方向、間隙和加裝擋圈外，還應(yīng)注意以下幾點：(1)根據(jù)液體壓力和密封間隙，選擇密封的硬度應(yīng)適當(dāng)；如密封槽棱角處的倒角半徑太大，密封圈會被擠出，加裝的擋圈也會被擠壓變形，～ mm；(2)如果選用大于規(guī)定尺寸的形圈，特別容易產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象；(3)盡量避免因操作不慎而損壞密封圈，安裝時使用專用工具，不要使用螺絲刀等金屬工具，使用螺絲刀不僅