【正文】 項(xiàng)目背景及意義 近年來(lái) ,我國(guó)城市的高層建筑日益增多 ,因而對(duì)電梯制造業(yè)提出了新的要求。電梯作為垂直運(yùn)輸?shù)纳翟O(shè)備，在高層建筑中可以將乘客和貨物安全、合理、高效地送到不同的樓層。 電梯作為用電的設(shè)備，其中電梯曳引機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是主要用電對(duì)象。曳引機(jī)機(jī)座和端蓋是曳引機(jī)主要支撐部件，它的尺寸和材料參數(shù)還影響著曳引機(jī)整 體尺寸和重量，并且在很大程度上影響著電梯的可靠性?！俺鞘?，讓生活更美好”，隨著人民生活水平的日益提高，對(duì)住房、娛樂(lè)場(chǎng)所的需求也日趨緊迫，高樓大夏如雨后春筍般崛起。影響強(qiáng)度、剛度和模態(tài)的因素有機(jī)座和端蓋的材料屬性和結(jié)構(gòu)特性，為了保證足夠的強(qiáng)度和剛度，又不至于造成 成本過(guò)高，確保其安全、高效的工作，對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析、疲勞壽命和模態(tài)狀況分析是必要和急需的。 4 課題研究的現(xiàn)狀與發(fā)展 近年來(lái)， 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和計(jì) 算速度的不斷提高， 有限元分析方法在工程設(shè)計(jì)和分析中，已成為解決復(fù)雜工程分析計(jì)算問(wèn)題的有效途徑。有限元作為 CAE 技術(shù)中的一種關(guān)鍵計(jì)算方法，以其獨(dú)有的魅力得到了越來(lái)越廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 曳引機(jī)的支撐部分的靜力學(xué)分析、疲勞和模態(tài)分析等一直是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，近年來(lái)，隨著有限元理論的發(fā)展，基于有限元法的機(jī)座和端蓋的研究，越來(lái)越倍受關(guān)注。具備三種材料模型庫(kù)，也可以對(duì)材料進(jìn)行自定義或安裝企業(yè)所需的材料庫(kù)模型，具備模擬大多數(shù)典型工程材料的性能，其中包括金屬、非金屬、橡膠、木材、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土等材料。作為通用的模擬分析工具， Solid Works 2020 不僅能解決結(jié)構(gòu)分析中的問(wèn)題（應(yīng)力 /位移），還能模擬和研究各種領(lǐng)域中的問(wèn)題，如熱力傳導(dǎo)、跌落測(cè)試、屈曲分析、非線性分析、線性動(dòng)力學(xué)分析、壓力容器設(shè)計(jì)分析和優(yōu)化分析。 縱觀當(dāng)今國(guó)際上 CAE 軟件的發(fā)展情況，可以看出有限元分析方法的一些發(fā)展趨勢(shì)， Solid Works 真正 意義上的無(wú)縫集成 了 CAD/CAM/CAE， 對(duì)中英文和 GB 規(guī)范具有良好的支持，可以和其他三維軟件進(jìn)行很好的數(shù)據(jù)交換， 極大的提高了產(chǎn)品的優(yōu)越性與實(shí)用性。 5 課題研究的方案和步驟 本課題應(yīng)用有限元分析軟件，通過(guò)建立各部件有限元仿真模型及整機(jī)裝配模型，并模擬實(shí)際受力狀況，對(duì)曳引機(jī)的主要部件，即由機(jī)座和端蓋組成的支撐部件，進(jìn)行特定工況下的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及安全性能分析，從而對(duì)整機(jī)及部件的機(jī)械強(qiáng)度與剛度出正確評(píng)估預(yù)測(cè)。為準(zhǔn)確了解其使用壽命，在靜力學(xué)解算出模型的位移和應(yīng)力應(yīng)變的基礎(chǔ)上，借助 Solid Works Simulation,根據(jù)實(shí)際情況， 采用 FFE Plus解算模型平穩(wěn)和加速 運(yùn)行工況下的疲勞性能，通過(guò)損壞、生命和載荷因子等參數(shù)對(duì)其疲勞壽命進(jìn)行了分析。另外從優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮，對(duì)機(jī)座應(yīng)用兩種材料進(jìn)行分析并對(duì)各自強(qiáng)度與剛度進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)座的材料優(yōu)化。 這里基于曳引機(jī)機(jī)座和端蓋的靜力學(xué)、疲勞和模態(tài)分析采用的基本流程是：分析問(wèn)題并了解其基本知識(shí)，三維建模，創(chuàng)建有限元模型，計(jì)算求解和分析論證結(jié)果。 使用 Solid Works 2020 進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，同時(shí)，按照軟件設(shè)計(jì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程進(jìn)行一步一步的建立。 曳引機(jī)整體安裝在工字鋼梁上，包括曳引機(jī)轉(zhuǎn)子環(huán)、轉(zhuǎn)子、曳引輪、后端蓋、前軸承外蓋、轉(zhuǎn)軸、前軸承、后軸承、花鍵、螺釘、機(jī)座、工字鋼梁等主要部件，部件中的修飾或裝配圓角、導(dǎo)角等非結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)被簡(jiǎn)化。裝配中為了簡(jiǎn)化模型，端蓋和機(jī)座采用“結(jié)合”的連接方式 ，既不影響結(jié)論的得出，又節(jié)省計(jì)算時(shí)間，其他部分的接觸采用的面面結(jié)合的接觸方式，從而保證總裝圖的各個(gè)部件之間能夠進(jìn)行有效的約束。 零件 1 零件 2 零件 3 零件 n 參考幾何體 特征 材質(zhì) 表面素材 燈光和照相機(jī) 參考點(diǎn) 參考軸 參考平面 總裝圖 9 第三章 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 線性靜力學(xué)分析基礎(chǔ)知識(shí) 靜力學(xué)分析概述 結(jié)構(gòu)線性靜力學(xué)分析是零件結(jié)構(gòu)分析最基礎(chǔ)的部分，用于計(jì)算系統(tǒng)在固定不變的載荷下的響應(yīng)，或者在對(duì)于該系統(tǒng)可以等同于固定不變的載荷下的響應(yīng)。靜力學(xué)分析可以計(jì)算結(jié)構(gòu)或者零部件中由于靜態(tài)或者穩(wěn)態(tài)載荷而引起的位移，應(yīng)變，應(yīng)力和各種力。 線性靜載中認(rèn)為材料在線彈性范圍內(nèi)變形，結(jié)構(gòu)在線性范圍內(nèi)變化，排除任何的非線性行為，是結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析中最基本、最常用的。通常，如 果所需的解算器選項(xiàng)支持，則所有解算器會(huì)給出可比較的結(jié)果。 以下一些因素可幫助選擇合適的解算器： 1） 問(wèn)題的大小。 2） 計(jì)算機(jī)資源。 3） 分析選項(xiàng)。 5） 材料屬性。 在算例的屬性欄中可以選擇解算器的類型，如圖 所示。 10 圖 Solid Works 2020 解算器類型 靜力學(xué)分析的一般流程 做結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析的軟件很多，對(duì) FEA，列出以下步驟： 1）建立數(shù)學(xué)模型，2）建立有限元模型， 3)求解有限元模型， 4）結(jié)果分析。這種修改可以通過(guò)采取特征消隱、理想化或清除的方法。 本次設(shè)計(jì)分析，采用 QT40018 和 HT300 兩種材料，其主要屬性參數(shù)見(jiàn)表 表 材料屬性參數(shù)表 單元類型 為模擬機(jī)座和端蓋的結(jié)構(gòu)，均應(yīng)用 Solid Works 2020 建模工具，采用三維實(shí)體、自下而上分別建模，由于一階單元組成的網(wǎng)格，其模擬出真實(shí)復(fù)雜的位移和應(yīng)力場(chǎng)是有嚴(yán)重局限性的，并且直線和平面不能正確的模擬曲面型幾何形狀，故選用二階實(shí)體四面體單元網(wǎng)格。因此 ,對(duì) 三維模型進(jìn)行必要簡(jiǎn)化既提高了工作效率 ,又可使計(jì)算順利進(jìn)行。根據(jù)曳引機(jī)機(jī)座和端蓋的受力情況和幾何形狀，對(duì)于機(jī)座和端蓋兩部分有限元模型均采用了二階實(shí)體四面體單元網(wǎng)格，采用“基于曲率的網(wǎng)格”的劃分方式，應(yīng)用網(wǎng)格控制，對(duì)必要的部分進(jìn)行網(wǎng)格加密，從而提高計(jì)算精度，同樣計(jì)算所需的時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)。 16 機(jī)座和端蓋的約束及受力 機(jī)座和端蓋的約束主要是機(jī)座下底面及底腳螺栓孔處受到的螺栓的約束和機(jī)座與端蓋裝配時(shí)的面面結(jié)合約束，載荷則主要來(lái)自于機(jī)座軸承和端蓋軸承處對(duì)應(yīng)于輪轂和軸所受約束的徑向反力，分別為 FR 和 CR ；及機(jī)座上定 子鐵心裝配處用于約束定子鐵心的切向力矩為 Me。 有三組載荷施加于該裝配模型上： （ 1）機(jī)座軸承裝配處相應(yīng)部位的軸承載荷分布力，對(duì)于電梯平穩(wěn)運(yùn)行和加速 運(yùn)行，均值分別為 aMP 和 aMP 。 （ 3）機(jī)座定子鐵心裝配處沿圓周表面的切向面均布力，其值為 ??aMP 和 ??aMP 。 本分析從計(jì)算結(jié)果中提取位移量和 von Mises 應(yīng)力進(jìn)行分析，從而評(píng)估其強(qiáng)度和剛度。由圖 中可知， 位移 最大位置在機(jī) 座頂部前端，其值為 mm。 18 圖 機(jī)座及端蓋位移量分布云圖（曳引機(jī) 125%載荷平穩(wěn)運(yùn)行，材料 QT400） 圖 機(jī)座及端蓋應(yīng)變情況（曳引機(jī) 125%額定載荷平穩(wěn)運(yùn)行，材料 QT400） 19 3）加速工況下的位移及應(yīng)變分析 曳引機(jī)受 125%額定載荷以 2/ sma ? 加速運(yùn)行中機(jī)座和端蓋裝配模型的位移、應(yīng)變分布云圖狀況如圖 和 所示。 圖 （曳引機(jī) 125%額定載荷加速運(yùn)行，材料 QT400） 20 圖 機(jī)座及端蓋應(yīng)變情況（曳引機(jī) 125%額定載荷加速運(yùn)行，材料 QT400） 圖 125%額定載荷平穩(wěn)和加速運(yùn)行兩工況下端蓋的最大位移分布狀況，其中最大值分別為 和 。