【正文】 2. 結(jié)構(gòu)疲勞分析結(jié)果表。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。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(guò)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(lái)越受到廣大工程技術(shù)人員的青睞和廣泛應(yīng)用。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(mǎn)足要求的。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)。由于該結(jié)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)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。 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。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。 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。前幾階的振動(dòng)頻率值變化不大，相當(dāng)穩(wěn)定。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(mǎn)足要求的。 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。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。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(wú)幾，在98~122mm之間。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(huà)。 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。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。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。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。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)。只是除了在第3章中使用前處理器定義單元類(lèi)型、材料類(lèi)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。 機(jī)座及端蓋有限元建模有限元模態(tài)分析過(guò)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。為了避免共振，我們可以通過(guò)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。大多數(shù)情況下，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都需要避免共振。自由模態(tài)分析無(wú)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。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。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。對(duì)于一些預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析問(wèn)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(lái)進(jìn)行前期靜力分析結(jié)果。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(guò)程。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)。 機(jī)座及端蓋疲勞分析結(jié)果對(duì)比情況材料選配方案零件材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(mǎn)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）。此外，判斷分析結(jié)果主要依據(jù)損壞百分比、生命和載荷因子三個(gè)指標(biāo)，具體情況見(jiàn)下表，這三個(gè)指標(biāo)均取最小值。+8次循環(huán)后，%，故這種材料是完全滿(mǎn)足要求的。+8次循環(huán)后，%，故這種材料是完全滿(mǎn)足要求的。 生命總數(shù) 載荷因子 損壞百分比，+23次，發(fā)生位置在端蓋軸承裝配處,是大于1的，+8次循環(huán)后，%，故這種材料是完全滿(mǎn)足要求的。根據(jù)第3章靜力學(xué)分析結(jié)果知，在曳引機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行和加速運(yùn)行下的其應(yīng)變變化相對(duì)不大，故以下結(jié)果均先采用加速運(yùn)行條件下為準(zhǔn)。在靜力學(xué)分析中得到的應(yīng)力和應(yīng)變值作為疲勞分析的名義值；通過(guò)儲(chǔ)創(chuàng)SN曲線(xiàn)分析方案，依次選取應(yīng)力準(zhǔn)則，應(yīng)力類(lèi)型和疲勞壽命準(zhǔn)則，施加疲勞載荷變量計(jì)算出結(jié)構(gòu)疲勞壽命；通過(guò)查看結(jié)構(gòu)的損壞百分比，生命和載荷因子等指標(biāo)來(lái)評(píng)判電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的疲勞性能。因已經(jīng)選擇[S]= 結(jié)構(gòu)疲勞分析及結(jié)果總結(jié)采用Solid Works脆性材料（鑄鐵）許用應(yīng)力，是以強(qiáng)度極限為基準(zhǔn)，除以安全系數(shù)。故應(yīng)在保證安全可靠的前提下，盡可能選用較小的許用安全系數(shù)。參考機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)P24.合理的許用安全系數(shù)是疲勞強(qiáng)度計(jì)算中的一項(xiàng)重要工作。HT300的強(qiáng)度極限為260而QT400的強(qiáng)度極限為400。HT300和QT400許用安全系數(shù)和許用應(yīng)力計(jì)算判斷靜應(yīng)力作用下的零件強(qiáng)度主要是判斷其危險(xiǎn)截面處得應(yīng)力是否小于許用應(yīng)力和危險(xiǎn)截面處的實(shí)際安全系數(shù)是否小于許用安全系數(shù)。應(yīng)力，應(yīng)變輸出開(kāi) 始 創(chuàng)建耐久性方案一、創(chuàng)建有限元模型 材料屬性 材料疲勞屬性 單元屬性 網(wǎng)格劃分選取應(yīng)力準(zhǔn)則選取應(yīng)力類(lèi)型創(chuàng)建仿真模型1) 設(shè)置邊界約束2) 施加載荷選取疲勞壽命準(zhǔn)則線(xiàn)性靜力學(xué)解算施加載荷變量計(jì)算/結(jié)果分析 疲勞分析操作流程 機(jī)座及端蓋有限元建模因曳引機(jī)工作是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)的，為高循環(huán)載荷下的疲勞損耗，故選用正弦全周期函數(shù)。9） 線(xiàn)性疲勞判斷準(zhǔn)則：⑴ 損壞百分比，即結(jié)構(gòu)消耗生命的比例；損壞百分比必須小于100%，否則疲勞失效；⑵ 生命周期，結(jié)構(gòu)運(yùn)行周期的總次數(shù)；⑶ 載荷因子，是一個(gè)特征值，該特征值乘以施加的載荷，即可得到臨界壓力。圖（除Gerber)也從實(shí)驗(yàn)上證明了：當(dāng)平均應(yīng)力S mean為壓力時(shí)，材料的疲勞強(qiáng)大也隨之增長(zhǎng)。 。⑵ Goodman推薦用于脆性材料。對(duì)每種材料類(lèi)型的各種應(yīng)力比率來(lái)說(shuō)，平均應(yīng)力的影響最好通過(guò)輸入各自的Salt來(lái)實(shí)現(xiàn)。平均應(yīng)力的影響可以用Goodman、Gerber和Soderbergecause平均應(yīng)力糾正算法來(lái)近似計(jì)算。由于平均應(yīng)力對(duì)抗疲勞能力有很大影響，允許采用不同的應(yīng)力比（R），并為材料輸入10種SN曲線(xiàn)。7）平均應(yīng)力影響 因?yàn)槟Ｐ椭懈鱾€(gè)部位的應(yīng)力水平是不同的，所以模型中S max、S min以及S mean的值也是變化的。⑶ 最大主應(yīng)力P1。⑵ von然而這并不所需要的，它的應(yīng)力分量才適用于計(jì)算。當(dāng)定義一條SN曲線(xiàn)時(shí)，如果有大量數(shù)據(jù)點(diǎn)存在，且在任一方向分散性不大時(shí)，采用這一選項(xiàng)。當(dāng)定義一條SN曲線(xiàn)時(shí)，如果兩個(gè)軸上只有較少數(shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)且分散性較大時(shí)（循環(huán)數(shù)和交替應(yīng)力），也采用這個(gè)選項(xiàng)。當(dāng)定義一條SN曲線(xiàn)時(shí)，如果兩個(gè)軸上只有較小數(shù)點(diǎn)且分散性大時(shí)（循環(huán)數(shù)和交替應(yīng)力），采用這個(gè)選項(xiàng)。如果存在不同平均應(yīng)力比率的曲線(xiàn)，則推薦使用平均應(yīng)力糾正算法來(lái)處理他們。因此這在大多數(shù)情況下是不可行的，所以必須使用在、各種出版發(fā)行的手冊(cè)提供的SN曲線(xiàn)。4）SN數(shù)據(jù)曲線(xiàn)的可靠性因?yàn)槠谟?jì)算的結(jié)果與SN曲線(xiàn)直接相關(guān)，因此SN曲線(xiàn)數(shù)據(jù)的重要性不言而喻。注意SN曲線(xiàn)的數(shù)據(jù)都是分散的，特別在高周期的情況下。承受極限也稱(chēng)為疲勞極限。換而言之，如果交替應(yīng)力等于或小于承受極限，導(dǎo)致失效的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)就會(huì)變得非常大（可以認(rèn)為是無(wú)窮大）。3）承受極限:當(dāng)交替應(yīng)力變得更小時(shí)，材料能夠在由于疲勞而失效之前承受更多的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。2疲勞術(shù)語(yǔ)1）SN曲線(xiàn)：高周期疲勞對(duì)應(yīng)的材料屬性由交替應(yīng)力（Salt)和失效的周期數(shù)（N)的相互關(guān)系構(gòu)成。變幅載荷：變幅疲勞事件是一個(gè)載荷歷史記錄，定義了載荷的歷史波動(dòng)。應(yīng)力比率R=S min/S max,，左圖為R基于零的情況，右圖為對(duì)稱(chēng)循環(huán)的情況。S mean為平均應(yīng)力，S mean=（S min +S max）/2。： 等幅載荷S min和S max分別代表一個(gè)應(yīng)力周期中的最小及最大的應(yīng)力值。通常載荷可以分為兩類(lèi)：等幅載荷和變幅載荷。經(jīng)歷的載荷類(lèi)型也可能非常簡(jiǎn)單（最大/最小載荷的定義已經(jīng)完全明確），也可能是隨機(jī)的（描述起來(lái)相對(duì)復(fù)雜）。 Works Simulation疲勞分析參數(shù)闡述1基于應(yīng)力壽命（SN）的疲勞疲勞計(jì)算要考慮的因素很多，因?yàn)樵陬A(yù)測(cè)其疲勞壽命時(shí)它是計(jì)算某個(gè)部件的消耗是如何形成的，它是一個(gè)慢慢積累的過(guò)程。通過(guò)軟件疲勞解算后，計(jì)算出損壞百分比、生命和載荷因子等結(jié)果參數(shù)，通過(guò)云圖，判斷其疲勞特性。疲勞計(jì)算是基于結(jié)構(gòu)裂紋損傷累積的原理，根據(jù)應(yīng)力壽命（SN）曲線(xiàn)圖或者應(yīng)變壽命（EN）曲線(xiàn)圖來(lái)估計(jì)該零件的疲勞壽命，計(jì)算過(guò)程中將輸入數(shù)據(jù)處理成峰頂或者峰谷，對(duì)循環(huán)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而計(jì)算出結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。材料在不同的循環(huán)特性下疲勞極限是不一樣的，極限應(yīng)力圖可以反映這種線(xiàn)性關(guān)系。在一給定任一循環(huán)特性r的條件下，應(yīng)力經(jīng)過(guò)N次循環(huán)而材料不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力就是疲勞極限。因此加固表面以及提高表面質(zhì)量，可以提高模型的疲勞壽命。階段3：設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的抵抗能力會(huì)不斷惡化，最終發(fā)生破壞。裂紋的出現(xiàn)由很多因素引起，比如材料的精微結(jié)構(gòu)不完美，物體表面因?yàn)楣ぞ呋蛟谛遁d時(shí)被刮擦。疲勞所導(dǎo)致的破壞分為三個(gè)階段：階段1:材料中出現(xiàn)一處或多處裂紋。曳引機(jī)機(jī)座和端蓋作為支撐部件，在轉(zhuǎn)子的高循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)下將受到連續(xù)的轉(zhuǎn)矩和壓力載荷作用，有可能發(fā)生疲勞破壞。在循環(huán)一定數(shù)量的周期之后，物體會(huì)變得越來(lái)越“衰弱”，以致最終破壞，疲勞是許多物體破壞的主要原因，尤其是金屬物體。根據(jù)應(yīng)力幅和預(yù)期導(dǎo)致破壞所需的循壞次數(shù)，可以將疲勞分為高周疲勞和低周疲勞。第四章 結(jié)構(gòu)疲勞分析 疲勞分析基礎(chǔ)知識(shí)強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命是對(duì)工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械使用的三個(gè)基本要求。本文采用QT400和HT300兩種材料的對(duì)比，： 機(jī)座和端蓋最Von Mises和最大位移比較圖材料選配方案零件材料強(qiáng)度極限Von Mises/最大位移變量mm平穩(wěn)運(yùn)行加速運(yùn)行平穩(wěn)運(yùn)行加速運(yùn)行方案一機(jī)座QT400400端蓋QT400400方案二機(jī)座HT300300端蓋HT300300比較機(jī)座和端蓋兩部件在平穩(wěn)和加速運(yùn)行2工況下的最大主應(yīng)力和最大位移知，機(jī)座和端蓋的應(yīng)力分布狀況