文 廣，程 明,張學蓉，唐先春，蔣辛輝，李 航

(1.成都工業(yè)學院 智能制造學院，四川 成都 611730；2.成都無線電專用設備廠(國營633廠)，四川 成都 611730)

0 引 言

作為匯流環(huán)的重要零部件之一，底板主要承受來自于上方的壓力。除了底板外，匯流環(huán)內(nèi)部還裝有環(huán)芯等轉(zhuǎn)動部件。由于零件的加工及裝配等工序中存在無法避免的誤差等原因，匯流環(huán)在工作時，包括底板在內(nèi)的各零部件會承受一定的隨機振動載荷，因此，在進行匯流環(huán)結(jié)構(gòu)設計時，有必要對包括底板在內(nèi)的零部件進行動態(tài)特性分析。進行動態(tài)特性分析的方法有很多，常見的有試驗法和仿真分析法，其中，仿真分析法由于其低成本、操作方便等原因，在結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析領域有著廣泛的應用。文獻[1]～[4]分別以某精密機床、某頂驅(qū)傳動系統(tǒng)的齒輪軸大齒輪、某小型電動汽車的輪轂和某叉車驅(qū)動橋橋體為研究對象，利用有限元軟件Ansys Workbench對其進行了模態(tài)分析，獲取了結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型和固有頻率等參數(shù)。文獻[5]為了研究某電動輪自卸車車架的靜動態(tài)特性，開展了多工況下的動強度、剛度和模態(tài)分析。文獻[6]則利用有限元軟件Ansys對某桁架式門機的靜動態(tài)特性進行了分析，獲取了結(jié)構(gòu)的前六階固有頻率和振型。文獻[7]采用ADAMS軟件對某角接觸球軸承在不同徑向載荷、軸向載荷、角加速度條件下的加速過程進行了仿真。筆者使用有限元軟件Ansys對某匯流環(huán)底板結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性進行分析，獲取結(jié)構(gòu)的模態(tài)固有頻率、振型及簡諧響應曲線，為該底板及匯流環(huán)整體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)參考。

1 匯流環(huán)底板結(jié)構(gòu)示意及有限元模型

底板是匯流環(huán)的重要零部件之一，安裝在匯流環(huán)底部，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。該底板由鋁制成，其材料特性參數(shù)如表1所列。

圖1 匯流環(huán)底板結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 匯流環(huán)底板有限元模型

表1 匯流環(huán)底板材料特性參數(shù)

基于匯流環(huán)底板的結(jié)構(gòu)示意圖，在忽略底板上的倒角等較小結(jié)構(gòu)后，按照有限元建模的思路，建立其有限元模型。整個底板結(jié)構(gòu)采用Solid 187 實體單元模擬，實體模型建立后，選用自由網(wǎng)格劃分方式對其進行網(wǎng)格劃分，離散后的有限元模型如圖2所示，該模型共有49 075個單元，81 952個節(jié)點。

2 匯流環(huán)底板自振特性分析

文中主要利用Ansys軟件的模態(tài)分析模塊來開展匯流環(huán)底板的自振特性分析，根據(jù)有限元理論，模態(tài)分析主要用于獲取結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型等自振特性參數(shù)。該底板的動力學方程可以用下式來描述[8]：

(1)

底板的模態(tài)分析采用蘭斯索斯法，分析結(jié)束后，提取底板結(jié)構(gòu)的前六階模態(tài)固有頻率如表2所列及各階模態(tài)振型如圖3所示。

表2 底板模態(tài)固有頻率

圖3 底板模態(tài)振型圖

從圖3可以看出，該匯流環(huán)底板的前六階模態(tài)振型主要表現(xiàn)如下：第一階模態(tài)振型主要表現(xiàn)為底板中間部位的上下起伏振型，第二至第六階振型均表現(xiàn)為底板結(jié)構(gòu)整體的扭曲振型。

3 匯流環(huán)底板諧響應分析

利用有限元軟件Ansys的諧響應分析模塊，對該匯流環(huán)底板結(jié)構(gòu)進行簡諧振動分析?？紤]到該底板前六階模態(tài)固有頻率最大值為2 752.7 Hz，因此，將外界激勵載荷頻率設置為0～2 760 Hz，間隔為10 Hz，激勵載荷的大小保持不變，即為階躍載荷，載荷施加位置如圖4所示。分析后，提取底板結(jié)構(gòu)上部分關(guān)鍵節(jié)點的位移幅值響應曲線，如圖5所示。

圖4 加載后的底板有限元模型

圖5 底板關(guān)鍵節(jié)點位移響應幅值曲線

從圖5可以看出，所有關(guān)鍵節(jié)點的位移響應幅值均在激勵載荷頻率約為2 320 Hz時，達到了最大，該激勵頻率和底板結(jié)構(gòu)的第一階模態(tài)固有頻率值接近，因此，可以認為在該底板結(jié)構(gòu)的前六階模態(tài)中，其第一階模態(tài)對其自身的動態(tài)特性影響最大。

4 結(jié) 論

利用有限元軟件對某匯流環(huán)底板結(jié)構(gòu)進行動態(tài)特性分析，借助模態(tài)分析模塊和諧響應分析模塊分別獲取了底板結(jié)構(gòu)的模態(tài)固有頻率、振型及位移響應曲線。通過計算分析取得如下主要結(jié)論。

(1)該匯流環(huán)底板結(jié)構(gòu)的前六階模態(tài)固有頻率分別為：2 318、2 553.7、2 734.5、2 747.2、2 747.8、2 752.7 Hz。

(2)該底板結(jié)構(gòu)的前六階模態(tài)振型主要表現(xiàn)如下：第一階模態(tài)為底板結(jié)構(gòu)中間部位的上下起伏振型，其余各階振型均表現(xiàn)為底板整體的扭曲振型。

(3)該底板結(jié)構(gòu)在激勵載荷頻率約為2 320 Hz時，其位移響應幅值達到最大，底板結(jié)構(gòu)的第一階模態(tài)對其動態(tài)特性影響較大。