基于ANSYS Workbench的隨動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載仿真試驗(yàn)臺(tái)的分析研究

于昆昆， 于正林

（長(zhǎng)春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)春130022）

0 引言

隨動(dòng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在軍事、機(jī)械制造等領(lǐng)域，其負(fù)載仿真技術(shù)越來(lái)越重要［1］。本文設(shè)計(jì)了基于閥控雙聯(lián)馬達(dá)的隨動(dòng)負(fù)載仿真試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)ANSYS Workbench對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)更加合理。

1 試驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)工作原理的總體機(jī)構(gòu)如圖1，集成了水平方向和俯仰方向兩套系統(tǒng)。配流座作為負(fù)載仿真元件，安裝了雙聯(lián)馬達(dá)和電液伺服閥，通過(guò)其他輔助系統(tǒng)對(duì)隨動(dòng)被試電機(jī)施加力矩。所仿真的負(fù)載力矩為靜阻、正弦、沖擊和慣性，最高頻率為10 Hz。被試電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為6 000 r/min，最高工作頻率為100 Hz。因此理論上要求試驗(yàn)臺(tái)的固有頻率需要大于100 Hz。

2 試驗(yàn)臺(tái)模態(tài)分析

試驗(yàn)臺(tái)模型簡(jiǎn)化依照質(zhì)量等效、質(zhì)心不變的原則簡(jiǎn)化［2］，尤其齒輪箱簡(jiǎn)化為形狀一致的質(zhì)量塊，忽略各小件的影響，地腳簡(jiǎn)化為質(zhì)量等效的圓柱支撐。簡(jiǎn)化后模型如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)化模型

底座材料為鑄鐵，其他材料為45鋼，鑄鐵密度為7 340 kg/m3，彈性模量 110 GPa，泊松比 0.25；45 鋼密度為7 850 kg/m3，彈性模量為210 Pa，泊松比為0.27。固定支撐約束施加在4個(gè)地腳的底面上。根據(jù)模態(tài)原理，試驗(yàn)臺(tái)不施加外力［3］，網(wǎng)格劃分為357 267個(gè)單元，720 849個(gè)節(jié)點(diǎn)，ANSYS Workbench分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 前四階模態(tài)

根據(jù)分析結(jié)果知，試驗(yàn)臺(tái)最低固有頻率為100.97 Hz，試驗(yàn)臺(tái)在100 Hz工作的時(shí)間極短，因此試驗(yàn)臺(tái)不會(huì)發(fā)生共振，但是為了使試驗(yàn)臺(tái)工作更加穩(wěn)定，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行變約束模態(tài)分析。

圖4 固定支撐施加圖

圖5 變約束前四階模態(tài)圖

3 試驗(yàn)臺(tái)變約束模態(tài)分析

約束的施加會(huì)影響試驗(yàn)臺(tái)的固有頻率［4］?，F(xiàn)將試驗(yàn)臺(tái)的地腳數(shù)量增加到8個(gè)，固定支撐約束施加在8個(gè)地腳上，如圖4所示。

ANSYS Workbench的進(jìn)一步模態(tài)分析結(jié)果如圖5所示。

試驗(yàn)臺(tái)最低固有頻率為154.63 Hz，相對(duì)于4個(gè)地腳模態(tài)，固有頻率有效提高了50 Hz，離共振區(qū)更遠(yuǎn)。模態(tài)（位移）矢量最大是相對(duì)值，不代表機(jī)構(gòu)實(shí)際的物理位移［5］，因此對(duì)模態(tài)分析中的總變量只能表示機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。

4結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)臺(tái)的變約束分析，通過(guò)增加地腳數(shù)量使固有頻率提高了50 Hz，為試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)指明了方向，對(duì)負(fù)載仿真試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)具有重大意義。

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