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1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 曹炳新 学 号： 1102044343 学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 机械电子工程 题 目： AAW-900 减振器端盖固有特性分析 指导教师： 赵俊生 职称: 副教授 王春花 职称: 讲师 2015年 1 月 19 日中北大学课程设计任务书2014/2015 学年 第 一 学期学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 机械电子工程 学 生 姓 名： 曹炳新 学 号： 1102044343 课程设计题目： AAW-900 减振器端盖固有特性分析 起 迄 日 期：2015 年 1 月 19 日2015 年 1 月 30 日 课程设计地点： 瑞
2、学楼 指 导 教 师： 赵俊生 王春花 负 责 人： 赵俊生 下达任务书日期: 2015 年 1 月 19日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：应用有限元技术所学知识，结合机械 CAD 技术基础和机械振动学课程，掌握应用有限元技术求解一般机械结构的固有频率和振型的方法，为以后科学研究和实际应用奠定基础。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1）设计要求：（1）根据所给 AAW900 减振器端盖图纸，建立 CAD 三维实体模型； （2）应用自选有限元软件，建立其有限元模型（包括网格划分、边界约束等） ；（3）固有频率及振型的求解；（4）并给出前六阶固有频率及对应的振型图
3、。2）原始数据：见下页附图。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：(1) 根据所给零件图纸建立合理的实体模型；(2) 应用所建实体模型建立有限元模型；(3) 对所建有限元模型进行固有特性求解；(4) 撰写优化设计说明书一份。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1 王勖成，邵敏.有限单元法基本原理和数值方法.北京：清华大学出版社，19952 童秉枢，李学志.机械 CAD 技术基础.北京：清华大学出版社，19943 程耀东.机械振动学.杭州：浙江大学出版社，19884 倪振华.振动力学.西安：西安交通大学出版社，19855设计成果形式及要求：设计说明书
4、一份，字数 3000-5000 字。6工作计划及进度：2015 年 1 月 19 日 1 月 20 日 查阅相关资料，熟悉任务要求及相关软件2015 年 1 月 21 日 1 月 23 日 建立几何模型及有限元模型2015 年 1 月 24 日 1 月 26 日 求解、结果分析2015 年 1 月 27 日 1 月 30 日 撰写课程设计论文2015 年 1 月 30 日 答辩负责人审查意见：签字： 年 月 日中北大学课程设计目录1.引言 .72.ANSYS 模态分析简介 .83.1 分析对象描述 .93.2 建模及网格划分 .103.4 模态分析结果 .113.5 结论 .124.建立模型
5、.121 实体建模 .122 指定分析标题并设置分析范畴 .133.制作好的三维实体模型导入 .144.导入三维模型 .155.定义网格划分 .166.定义边界条件 .177.查看结果 .18中北大学课程设计1AAW-900 减振器端盖固有特性分析摘要：采用 solidworks 软件建立了 AAW-900 减振器端盖的三维模型，导入到有限元分析软件 ANSYS 中建立端盖的有限元模型；对端盖进行了模态分析，求得端盖固有频率和振型，为端盖的进一步优化设计提供了理论依据。关键词：solidworks；ANSYS ；端盖；有限元；模态分析1.引言AAW900 减震器端盖是非常重要的机械零件之一。端
6、盖的一般作用：轴承外圈的轴向定位；防尘和密封，除本身可以防尘和密封外，也常和密封件配合以达到密封作用；位于车床电动机和主轴箱之间的端盖，主要起传递扭矩和缓冲减震的作用，使主轴箱的转动平稳。因此该零件具有足够的强度、刚度耐磨性和韧性，以适应端盖的工作条件。结构系统的固有特性重要的是结构的固有频率和振型。模态分析的典型定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。模态分析主要是研究结构或机器部件的振动特性，得到结构的固有频率和振型。振动现象是机械结经常需要面对的问题之一，由于振动会造成结构的共振或疲劳
7、从而破坏结构，所以必须了解结构的固有频率和振型，避免在实际工况中因共振因素造成结构的损坏，对复杂结构进行精确的模态分析将为评价现有结构的动态特性、诊断及预报结构系统的故障、新产品的动态性能的预估及优化设计提供科学的依据。2.ANSYS模态分析简介ANSYS有限元分析过程包括四个步骤：（1）建立模型：指定项目名称和分析标题，然后在前处理中定义单元类型、单元实常数、材料性质和模型几何性质；（2）加载及求解：定义分析类型和分析选项，施加载荷，进行固有频率的有限元计算，在模态分析中唯一有效的载荷是零位移约束；（3）扩展模态：将振型写入结果文件，只有扩展模态后才能在后处理中看到振型；（4）后处理：经过扩
8、展模态后，模态分析的结果包括固有频率、扩展的模态振型、相对应力和力分布将被写入到结构分析结果文件中去。中北大学课程设计2ANSYS提供了6种模态提取方法：（1）子空间迭代法（Subspace ）：用于求解特征值对称的大矩阵问题；（2）分块法（Block Lanczos）：也可用于以上的问题求解，收敛速度更快；（3）Power Dynamic法。用于非常大的模型（超过100 000个自由度），主要是用在求解结构的前几阶模态以了解模型特征的问题；（4）缩减法（Reduced）：采用缩减的系统矩阵来求解，较子空间迭代法速度快，但准确性要差一些。使用缩减法时，必须仔细选择主自由度，主自由度选择的不当可
9、能导致不正确的质量分布和不正确的特征值；（5）非对称矩阵法（Unsymmetric）：用于求解模型生成的刚度矩阵、质量矩阵存在不对称的问题；（6）阻尼法：有些问题阻尼不能忽略，阻尼法允许在结构中包含阻尼因素。模态分析属于线性分析一类，在分析过程中只有线性行为是有效的，即使指定了非线性单元，在计算过程中也将忽略其非线性。但材料的性质可以是线性的、非线性的、各向同性的、正交各向异性的、恒定的或与温度有关的，非线性性质被忽略，在分析中必须指定弹性模量和密度。模态分析主要是研究结构或机器部件的固有频率，用有限元法解决工程实际问题已被广泛采纳。只要给出完全模拟实际工况的边界条件及正确的机械振动模型,就可
10、以求解出模型相关参数,对所设计产品进行结构及尺寸上的修正和优化。本文采用ANSYS有限元分析软件对 AAW900减震器端盖进行固有特性的分析。ANSYS 有限元分析软件可以确定结构的固有频率和振型,从而指导产品设计,避免外力频率和结构固有频率相同,以防止共振现象。3.模型建立3.1 分析对象描述该分析对象为某机床的一个箱体部件，由于该机床在加工过程中，所承受的切削力很大，同时切削的方式又为间断切削，因此在实际加工中发现，让刀现象很严重，根据分析的结果，认为床身的刚度不足是其中一个很重要的方面，需要改善这一问题，就必须要提高机床床身的刚度，床身的基本尺寸如图 所示（按某比例缩小），所使用的材料为铸铁。它主要的性能参数如下。图中所示尺寸单位均为mm。端盖材料为45钢，弹性模量210E10GPa，泊松比0.31，密度7850kg/m 3。中北大学课程设计33.2 建模及网格划分3.2.1 建模：用solidworks对底座进行三维建模。在齿轮箱实体建模过程中，应忽略其微小结构，对箱体上的倒角、圆角及箱体上所有的等结构可以忽略，这样简化不仅符合有限元建模的规则，也可以减少ANSYS 运行时的求解时间，同时不会对齿轮箱的重量及刚度产生大的影响。2、8 节点Solid185 单元1、实体建模用 solidworks 建立实体三维模型见图 3-1图 3-1 绘制三维实体模型2、指定分析标题并设
