ANSYS谐响应分析实例-振动电机轴分析
Ansys 电机电磁、震动和噪声分析流程ppt课件
• X:0 ； Y:0 ； Z:0 ；点击回车键确定。 3. 在坐标输入区域，输入半径
• dX:84 ； dY:0 ； dZ:0 ；点击回车键确定。 4. 在模型列表里面，会出现新部件 Circle3 。 • 建立定子齿尖部分模型 1. 按住Ctrl 键，先选择物体Stator1，再选择Circle3 2. 点击菜单， Modeler > Boolean > Intersect 3. 点击 OK 按钮 • 建立定子背板模型 1. 按住Ctrl 键，先选择物体Stator1，再选择Stator1 2. 点击菜单， Modeler > Boolean > Subtract 3. 在弹出的窗口中，选择Blank Parts:Stator1；Tool Parts: Stator1 4. 选择 Clone tool objects before subtracting: 5. 点击 OK 按钮 • 修改定子齿尖模型属性 1. 在模型列表选择物体Stator1，右键点击Properties 2. 在弹出的属性窗口中，将 Name 改成 ToothTips 3. 点击菜单 Modeler > Boolean > Separate Bodies
ANSYS 中国
2
电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• ell 文件成功后，在 Workbench 的工作区会出现一个Maxwell Design。 • 启动 Maxwell
基于ANSYS的振动电机轴谐响应之有限元分析
（收稿日期：２００４－１１－１５） （修改稿日期：２００５－０４－１２
８８ １１
Mining & Processing Equipment
第 ３３ 卷 ２００５年第 ６期
性激振力 Ｆ ＝ Ｆ ｓｉｎωｔ，其中 Ｆ 为施加载荷，由此电
有限元分析快速、准确，若建ห้องสมุดไป่ตู้和网格划分方法不
网格形状尽量接近单元形状，从而进入后处理求解时
当，极易出现求解速度慢、误差大等情况，更严重者 出现求解中止。鉴之于此，结合工程实践，本文就基
速度快、精度高。 产生求解中止或求解误差较大的原因：
于 ＡＮＳＹＳ 软件下振动电机阶梯轴的谐响应进行有限 元分析。
（１）因采用自顶向下实体建模不宜采用扫掠网格划 分，在进行自动网格划分后，对于阶梯轴类零件，大
化为四面体四节点，降低了插值函数的幂次，导致运
用
算时间过长、计算精度下降；另一方面，较低次的插
值函数不适合求解变载荷系统这样复杂的场函数。
由此可见，承受变载荷作用的轴类零件，进行有限
元分析时应注意这些技巧，此经验经实践验证，切实
可行，举例说明之。
２ 振动电机轴零件的建模及网格
＊ 南京工程学院科研基金项目，项目号：１ ３ ６ ５ ０ ６ ０ ０ ０ ０ ０ ０。 作者简介：杨小兰，女，１ ９ ６ ４ 年 ８ 月出生，西安交通大学硕士，南 京工程学院工程材料工程系副教授。主要从事机械学、机械制图及 ＣＡＤ 技术教学与研究工作。
12自顶向下的实体建模该法与自底向上的实体建模刚好相反它是直接定义高级别的规则实体元素程序自动创建属于这些实体元素的特征面线和关键点再利用ansys振动电机轴零件的建模及网格现以yzd202型振动电机阶梯轴作为分析对振动电机属于将动力源与振动源合为一体的电动旋转式激振源在振动电机轴两端分别装有两个偏心块工作时电机轴带动两偏心块作回转运动产生周期50600000月出生西安交通大学硕士南京工程学院工程材料工程系副教授
ANSYS动力分析—谐响应分析（转载）
ANSYS动力分析—谐响应分析（转载）谐响应分析1.谐响应分析的定义：谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算结构在几种频率下的响应并得到一些响应值对频率的曲线。
该技术只计算结构的稳态受迫振动，不考虑结构发在激励开始时的瞬态振动。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计是否能够克服，疲劳，共振，及其他受迫振动应起的有害效果。
谐响应分析是一种线性分析，非线性特性被忽略。
2.谐响应分析的求解方法。
full（完全法）reduced（缩减法）mode superpos'n(模态叠加法)full（完全法）允许定义各种类型的荷载；预应力选项不可用；reduced（缩减法）可以考虑预应力；只能施加单元荷载（压力，温度等）mode superpos'n(模态叠加法)通过对模态分析的道德振型（特征向量）乘以因子并求和来计算出结果的响应。
可以包含预应力，可以考虑振型阻尼，不能施加非零位移谐响应分析的基本步骤：完全法分析过程有3个主要步骤：建模，加载求解，结果后处理1.建立模型同样非线性行为将被忽略2.加载求解*指定分析类型为：harmonic*指定分析选项：包括solution method和dof printout format （解的输出形式）及use lumped mass approx？（质量矩阵形成方式）*在模型上加载：谐响应分析所加的载荷随时间按正弦规律变化。
指定一个完整的简谐荷载需要输入3条信息。
幅值(amplitude)、相位角(phase angle)、强制频率范围(forcing frequency range) 注意：谐响应分析不能同时计算多个频率的荷载作用，但可以分别计算，后叠加。
*谐响应分析荷载步选项普通选项：number of substebs(谐响应节数目)，选择加载方式stepped or ramped动力学选项：频率范围 frequence range ，阻尼(damping)输出控制选项：*开始求解3.观察结果缩减法谐响应分析步骤1.建模2.加载并得减缩解3.观察节缩解结果4.扩展解5.观察扩展的解结果与full法不同的是，要定义主自由度。
谐响应分析实例 ——“工作台-电动机”系统谐响应分析
谐响应分析实例——“工作台-电动机”系统谐响应分析如图4所示一个“工作台-电动机”系统，当电机工作时由于转子偏心引起电机发生简谐振动，这时电机的旋转偏心载荷是一个简谐激励，计算系统在该激励下结构的响应。
要求计算频率间隔为10/10=1HZ的所有解以得到满意的响应曲线，并用POST26绘制幅值对频率的关系曲线。
已知条件如下：电机质量：m=100Kg简谐激励为：Fx = 100 NFz = 100 N，与Fx落后90度相位角频率范围为：0~10HZ所有的材料均为A3钢，其特性：杨氏模量=2e11泊松比=0.3密度=7.8e 3工作台面板：厚度=0.02工作台四条腿的梁几何特性：截面面积=2e-4惯性矩=2e-8宽度=0.01高度=0.02图4质量块-梁-板结构及载荷示意图GUI方式分析过程第1步：设置分析标题选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title。
输入“Harmonic Response of the structure”，然后单击OK。
第2步：定义分析参数1、选取菜单途径Utility Menu>Paramenters>Scalar Parameters，弹出Scalar Parameters窗口，在Selection输入行输入：width=1，单击Accept。
2、依次在Selection输入行输入：length=2、high=-1和mass_hig=0.1，每次单击Accept。
3、单击Close，关闭Scalar Parameters窗口。
第3步：定义单元类型（省略）第4步：定义单元实常数（省略）第5步：定义材料特性（省略）第6步：建立有限元分析模型（省略）第7步：模态分析1、选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis，弹出New Analysis对话框。
2、选择Modal，然后单击OK。
ANSYS双转子电机的转子谐响应分析[转]
![ANSYS双转子电机的转子谐响应分析[转]](https://img.taocdn.com/s3/m/1603101203020740be1e650e52ea551810a6c965.png)
ANSYS双转⼦电机的转⼦谐响应分析[转]/s/blog_9e19c10b0102vd5y.html【问题描述】⼀个双转⼦电机如图所⽰该电机含有两个转⼦：内转⼦和外转⼦。
内转⼦是⼀根实⼼轴，较长；它的两端通过轴承与机架相连；在两端距离轴承不远的地⽅装有两个圆盘（图中没有绘制，在有限元分析中圆盘会⽤质量单元表⽰），⽽且右边的圆盘上存在不平衡质量，该不平衡质量产⽣了不平衡的⼒。
外转⼦是⼀根空⼼轴，它套在内转⼦外⾯。
外转⼦的左端与机架通过轴承相连，右端⾯通过轴承与内转⼦连接（图中没有表⽰出来）。
在外转⼦上也有两个圆盘，这两个圆盘不存在偏⼼质量的问题。
内转⼦的转速是14000转每分，⽽外转⼦的转速是21000转每分。
所有的相关⼏何尺⼨，轴承的参数，以及圆盘的质量和惯性量，在下⾯建模的时候给出。
现在要对该双转⼦电机进⾏转⼦动⼒学仿真，具体是做谐响应分析，⽬的是考察：（1）7号节点（内转⼦上）和12号节点（外转⼦上）的幅值与频率的关系图。
也就是要绘制这两个点的幅频关系曲线。
（2）在某⼀个给定频率处的转轴轨迹图。
（3）在某⼀个给定频率处转轴的涡动动画。
《注》该算例来⾃于ANSYS APDL转⼦动⼒学部分的帮助实例。
【范例说明】给出本例⼦的⽬的，是想说明：（1）如何⽤ANSYS经典界⾯做转⼦的谐响应分析。
（2）如何对转⼦系统中的轴承建模。
（3）如何建模不平衡质量。
【问题分析】1. 对于内转⼦⽤梁单元BEAM188建模,对于外转⼦也⽤BEAM188建模。
由于这⾥涉及到圆盘的位置，集中质量的位置，准备⽤直接建模法。
这就是说，先创建节点，然后由节点创建单元。
2. 对于4个轴承，使⽤COMBI214建模，该单元是⼆维的弹簧/阻尼单元，⽀持在两个⽅向上定义刚度和阻尼特性。
3.对于4个圆盘，使⽤MASS21建模。
质点单元创建在相应的转轴上，设置其质量和转动惯量。
4.由于内外转⼦的转速不同，需要分别定义两个组件，并对每个组件给以不同的转速。
ansys-谐响应分析
实部
F1max
•
可以使用APDL语言计算，但要确保角度单位 为度（缺省为弧度）。
M3-21
谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解命令（接上页）
*AFUN,DEG FK,… F,… SFA,… SFL,… SFE,… SF,…
M3-22
谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
M3-23
谐响应分析-步骤
• •
M3-10
谐响应分析-术语和概念
求解方法
求解简谐运动方程的三种方法： • 完整法
– 为缺省方法，是最容易的方法； – 使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）。
•
缩减法*
– 使用缩减矩阵，比完整法更快； – 需要选择主自由度，据主自由度得到近似的 [M]矩阵和[C]矩阵。
•
模态叠加法**
施加谐波载荷并求解 • 所有施加的载荷以规定的频率（或频率 范围）简谐地变化 • “载荷”包括： – 位移约束-零或非零的 – 作用力 – 压强 • 注意： 如果要施加重力和热载荷，它 们也被当作简谐变化的载荷来考虑！
典型命令:
DK,… ! 或 D或DSYM
DA,... DL,…
M3-19
谐响应分析-步骤
M3-27
谐响应分析-步骤
观看结果 - POST26
位移-频率关系曲线 • 首先定义 POST26 变量 – 节点和单元数据表 – 用大于等于二的数据识别 – 变量1包含各频率，并是预先定义了的
M3-28
谐响应分析-步骤
观看结果 - POST26（接上页）
• 定义变量（接上页） – 挑选可能发生最大变形的节点，然后选择自由度的方向； – 定义变量的列表被更新。
基于ANSYS的全陶瓷电主轴动态分析及振动性能测试
从而提高国产加工中心等数控机床在国际市场上的竞争 力， 使我国在该领域的研究和应用达到世界领先水平[1，2]。
电主轴部件是整个加工中心的核心部件， 其动态特 性将对机床的加工精度、 被加工表面的质量和生产率产 生很大影响。 因此， 对高速电主轴进行动态分析， 具有 十分重要的意义。
笔 者 应 用 有 限 元 软 件 ANSYS 对 实 验 室 最 新 设 计 的 全陶瓷电主轴进行了动态分析， 确定其固有频率和振 型， 得到在不同激励下的动态响应， 其结果为评价电主 轴的动态特性提供了依据。 同时对组装好的电主轴进行 了振动性能测试， 测试结果表明在设计转速范围内电主 轴不会发生共振， 符合要求， 同时验证了有限元分析结 果是合理可行的。
5 在 ANSYS 中 的 谐 响应分析
of motorized spindle
固有频率 临界转速
阶
/Hz
/r·min-1
2 2145.8 128748
3 2147.1 128826
4 3141.4 188484
5 3180.8 190848
6 4284.3 257058
谐响应分析用于分析连续的周期性载荷在结构系统 中产生的持续的周期响应 （谐响应）， 以及确定线性结 构承受 （随时间） 按正弦 （简谐） 规律变化的载荷时的 稳态响应。 这种只计算结构的稳态受迫振动， 发生在激 励开始时的瞬态振动则不在谐响应分析中考虑。 谐响应 分析是一种线性分析， 但是也可以分析存在预应力的结 构 [8]。 谐响应主要采用三种方法求解： Full 法、 Reduced
为： n=60×f。 将主轴的固有频率转化为临界转速见表 2。
主轴设计的最大工作转 表 2 电主轴的临界转速
速 为 30000 ~40000r/min， 从 Tab.2 Limited rotate speeds
ansys谐响应分析演示文稿
谐响应分析
…定义和目的
谐响应分析用于设计：
• 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
• 受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机翼、桥 和塔等
谐响应分析
…定义和目的
• 谐响应分析只能计算结构的稳态响应，不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
• 谐响应分析是一种线性分析，任何非线性环节即使定义也会被忽略。
• 输入：
– 已知大小和频率的谐载荷（力、压力和强迫位移） – 同一频率的多种载荷，力和位移可以是同相或不同相的。表面载荷和体载荷的相位角度
可以指定为零。
• 输出：
ansys谐响应分析演示文稿
ansys谐响应分析
谐响应分析
A、谐响应分析的定义和目的 B、关于谐响应分析的基本术语和概念 C、谐响应分析在ANSYS中的应用 D、谐响应分析的实例练习
谐响应分析
定义和目的
什么是谐响应分析？
• 确定一个线性结构在持续的周期性（随时间成正弦或余弦变化）荷载作用下的持 续的周期性响应（稳态响应）。
虚部
谐响应分析-术语和概念
谐载荷
• 随时间成正弦或余弦变化的载荷
• 同时作用的谐载荷必须是相同频率
的载荷 实部
• 相位角ψ允许不同相位的多个载荷 同时作用，ψ缺省值为零
• 施加的全部载荷都假设是简谐的， 包括温度和重力。
谐响应分析-术语和概念
频率
频率
•频率反映载荷随时间变化的快慢 •谐响应分析输出的是响应量随频率的变化关系图 •在谐分析中，所有节点振动的频率都相同，但振动的相位可能不同 •在谐分析中，必须指定频率范围及其分割数(nsubst)。 •Ansys谐分析中的自动频率分割法能自动大致估计并选择共振频率，有效避 免无关频率分析过细，重要频带（共振频率附近的频率）分析较少的现象。
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AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析
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1．谐响应分析简介
任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。
谐响应分析是
用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲
线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。
该技术只
计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
（见图1）。
谐响应分析
使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共
振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题。
谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。
谐响应分析的定义与应用介绍：
/ArticleContent.asp?ID=785
2. 工程背景
在长距离振动输送机、概率振动筛等变载荷振动机械中，由于载荷的变化幅度较大，且多为冲击或交变载荷，
使得作为动力源与振动源的振动电机寿命大为缩短，
其中振动电机阶梯轴的弹塑性变形又会中速振动电机的失效，
故研究振动电机轴的谐响应，
进而合理设计
其尺寸与结构，是角决振动电机在此类场合过早失效的主要途径之一。
现以某型振动电机阶梯轴为分对象，振动电机属于将动帮源与振动源合为一体的电动施转式激振源，在振动电机轴两端分别装有两个偏心块，工作时电机轴还动两偏心块作顺转
无能无力产生周期性激振力
t sin F F 1ω=，其中为施加载荷，由些电机轴受到偏心块施加
的变载荷冲击，极易产生变形和疲劳损坏，
更严重者，当激振力的频率与阶梯轴的固有频率
相等时，就会发生共振，造成电机严重破坏，故对电机进行谐应力分析很必要。
1F 3.分析关键
1.谐响应分析的载荷描述方式
概据定义，谐响应分析假定所施加的所有载荷随时间简谐（正弦）规律变化。
指定一个完整的简谐载荷需要输入
3条信息：amplitude （幅值），phase angle （相位角）和
forcing
frequency range （强制频率范围）。
Amplitude （幅值）指载荷的最大值。
phase angle （相位角）指载荷滞后（或领先）于
参考时间的量度。
在复平面上，相位角是以实轴为起始的角度，
当同是要定义多个相互间存
在相位差的简谐载荷时，必须分别指定相位角。
forcing frequency range （强制频率范围）指简谐载荷（以周/单位时间为单位）的频率范围。
谐响应分析不能计算频率不同的多个强制载荷同时作用时的响应。
这种情形的寮例是
两个具有不同转速的机器同时运转时的情形。
2.载荷类型
谐响应分析中可施加的载荷，除惯性载荷外，可以在实体模型（由关键点、线、面组
成）上定义载荷。
在分析过程中，可以施加、删除载荷。
AnsysWorkBench11.0谐响应支持的载荷类型有：加速度载荷，压力载荷，力载荷，轴承和，力矩，位移载荷，远端力载荷，
线压力载荷。
AnsysWorkBench11.0中的结构谐响应分析是线性的，在分析中忽略系统阻尼对其自身
振动特性的影响，而且，任何所施加的力载荷在谐响应分析中都不考虑。
4.分析步骤
1导入几何模型
导入DesignModeler以有其他CAD软件创建的几何模型“axis.x_t”
选择Geometry>From File
在弹出菜单中，选中教程附件的包含的桥壳几何模型文件一axis.x_t，并打开。
2添加材料信息
轴采用45号钢，材料参数为弹性模量
Pa ，泊松比0.3，密度7800.
11102×3
kg/m 3设定接触选项本例无需此步设置
4设定网格划分参数并进行网格划分
选择“Mesh ”，单击右键，激活网格类型命令Method 。
在“Method ”的属性菜单中，选择整个电机阶梯轴实体，并指定网格类型为空间六面体点
优（Hex Dominant Method ）。
选择“Mesh”，单击右键，激活网格尺寸命令“Sizing”。
在“Sizing”属性菜单中，选择整个水下航行器实体，并指定网格尺寸为5mm。
5选择分析类型
选择谐响应分析Harmonic Response。
设定扫描频率范围和频率点步长，输入“Analysis Setings”的属性栏中，Range Minimum=0Hz，Range Maximun=1000Hz，Solution Intervals=100。
6施加载荷以及约束
对两端面进行刚性约束，在总体坐标系中，使该处表面所有的自由度为零，即
、、，在距轴端30mm 处表面为压力边界条件，承受径向载荷
0U x =0U y =0U z =t sin F F 1ω=。
本教程中
，1575N F 1=Hz 10000～=ω。
施加位移约束
选择Supports>Fixed Support 桥壳模型中选择两端端面。
施加载荷约束
选择Loads>Remote Force
选择参考受力面，并指定受力点的坐标位置，X=225mm，载荷类型为Components，方向沿Y轴负方向，大小为1575N。
类似地可以施加对称的载荷，选择参考受力面，并指定受力点的坐标位置，X=-225mm，载荷类型为Components，方向沿Y轴负方向，大小为1575N
7设定求解（结果）参数，即设定要求解何种问题，哪些物理量
观察Y方向最大位移响应。
8求解
单击Solve求解，
9观察求解结果
观察计算得到的最大位移频响函数曲线，计算不同频率点的位移和应力值，Hz
753f =单击Solve 求解，增加Frequency Respose
增加Total Deformation
增加Equivalent(von-Mises) 计算得到的等效应力分布。