探研抛光机机架结构的实验工艺

　　 工程结构的设计和制造是一项极其复杂的系统工程。仅就强度问题而言，工程结构就需要满足静、动、热、疲劳等各种不同强度要求。对于许多承受动载荷的工程结构，确保其动态性能良好是至关重要的，需要设计者在结构的设计和制造阶段，能够精确分析、预测所设计结构在运行工况下的动态性能。随着现代工程结构的轻型化、复杂化及工程设备的高速、高精度化的发展，包括航天、机械、传播及建筑等现代工程结构都面临着日益突出的动力学间题，结构的动力学特性(动态性能)已成为影响现代工程设备工作性能及产品质量的关键指标。
通常动力学分析主要由结构固有动力特性分析和结构在受到一定载荷作用时的动力响应分析两部分构成。工程结构动力学分析的主要内容有:模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析、谱分析。
模态分析用于确定所设计工程结构的固有动态特性，即分析固有频率和固有振型。谐响应分析用于分析持续的周期载荷在结构系统中产生的持续周期响应(谐响应)，以及确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化载荷作用时，结构的稳态响应情况。它可以评估一个结构对持续强制振动的承受能力。瞬态动力学分析，或时间历程分析，用于确定在任意时间变化载荷激励作用下结构动力响应的一种分析方法。它可以确定结构在静载荷、瞬态载荷及简谐载荷等任意载荷组合作用下，结构随时间变化的位移、应变、应力和力。谱分析是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来，计算模型的位移和应力的分析技术。它主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷的动力响应情况。由于抛光机底座所受的载荷随时间变化不大，故本文仅对底座进行模态分析和谐响应分析。
1抛光机机架结构的模态分析
模态分析用于确定结构或机器部件的振动特性一固有频率和振型。固有频率和振型是承受动力载荷结构设计中的重要参数，也是其他动力分析的起点。在ANSYS中，模态分析只有线性行为是有效的。任何非线性特性即使定义了也将被忽略。
本文模态分析采用了Block Lanczos算法。因为计算某系统特征值谱所包含的一定范围的固有频率时，采用该法提取模态特别有效。
1.1模态分析有限元模型的建立
有限元建模，是整个有限元分析过程的关键，模型合理与否将直接影响计算结果的精度、计算时间的长短、存储容量的大小以及计算过程能否完成,有限元模型的机架采用45号方钢管.因为该机架形状较为规则，所以可直接在AN-SYS中建立模型.
1.2加载及求解
因为抛光机上有四个分别带动导轮和磨轮转动电机，电动机可简化为质量体。在模态分析中，对机架架的四根竖直方钢的端面施加零位移约束。
加载完成后，进人ANSYS的求解模块进行计算。将各阶模态以云图的形式提取出来。
1.3模态分析结果
通过有限元模态分析方法计算，得到设计模型的10阶固有频率..机架在第一阶固有频率42.490 Hz激励时的变化. 在发生共振的情况下，机架结构的横梁与上支撑板的中间部分整体发生形变，且以z轴方向的形变为主。沿模型的z方向上的结构强度对机架结构的稳定性起着重要的作用，因此，对机架该方向上的加强对整个结构的稳定及其重要。
变形云图显示较大的变形发生在中间支撑板处，以X,z方向的变形为主.而由于模型只是整体结构的一个简化模型，在实际中对该处已进行了较好的加强。
变形云图显示较大的变形发生在离支撑板较远端的横梁处，以Z方向的变形为主，而振源处的变形现对较小，事实上，在变形较大的横梁处，实际上有其他的结构用于固定，这样，实际中的整体结构的稳定性比有限元简化模型中腰表现得更好。
由以上对变形云图和在各固有频率时各向形变分布范围的分析可见，抛光机的机架的整体结构稳定性比较好，所以可以说明它的结构式合理的。
2抛光机机架结构的谐响应分析
利用POST26后处理器，可得到结构上指定点的谐振幅值与谐振频率的关系图，可分析在哪个频率处振动幅度最大，可能产生共振。
谐响应分析是用于确定一个结构在已知频率的正弦(简谐)载荷作用下的响应特性的技术。工程上进行谐响应分析的目的多为确保一个给定的结构能经受不I司频率的各种正弦载荷或探测共振响应，并在必要时避免其发生。
谐响应分析可用于设计旋转设备(如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等)的支座、固定装置和部件。
本文所分析的抛光机机架就属于受电机影响的支座、固定装置。电动机在带动抛光机的磨轮和导轮旋转时，会产生径向IOKN的激振力。这个力就是抛光机机架结构所受的带正弦特性的外力。这力的频率与电机频率相同。电机在运行时频率位于(0.4一1.3 Hz)和(26一33 Hz)两个范围内。这两个频率范围小于抛光机机架结构的第1阶固有频率42.490 Hz，故该激振力对抛光机机架结构不会产生共振响应，不会有太大的不利影响。
3结论
本文运用了有限元软件ANSYS的动力学分析模块，对某无心抛光机机架结构的固有频率等进行了有限元分析，将抛光机机架模型的固有频率与主电机的频率范围进行比较，模型的最低频率42.490 Hz避开了可能发生共振的频率范围，说明该抛光机机架结构的稳定性良好，满足设计和实际的需求。由第1阶、第2阶和第10阶固有频率下变形的计算结果得出有限元简化模型在机架支撑板处的强度较其他部分的机构弱，因此，在该方向上的变形较大。所以仍有部分结构需要进一步强化,或使结构的受力得到进一步的分散。