文档介绍：基于ANSYS WORKBENCH油田电机机座结构的有限元分析
基于ANSYS WORKBENCH油田电机机座结构的有限元分析
摘要:机座是油田电机中重要零件之一,文章介绍ANSYS WORKBENCH有限元方法对油田电机机座进行强度、刚度、模态分析,分析结果表明电机结构满足设计要求,为同类产品设计、开发、改进提供了参考依据
关键词:机座模态 ANSYS 强度刚度有限元
机座是油田电机中重要零件之一。由于机座的结构复杂, 用简单的材料力学公式很难精确分析和计算其受力和变形情况。在以往的设计中, 往往是根据经验或参考有关样机来进行设计, 处于经验类比设计阶段。这种设计方法, 势必导致设计结果趋于保守。本文应用CATIA进行产品的参数化实体建模,利用有限元方法,从静力学和模态进行电机机座力学分析,得到机座在静力作用下的强度、刚度;模态的固有振动频率,可以达到校核机械结构的强度和刚度、分析出主要失效形式和危险点的目的,从而为产品的设计和优化提供理论依据;模态是机械结构的固有振动特性,利用有限元软件对转子进行模态分析,可以得到的模态频率及振型,预测转子与其他部件发生动态干扰的可能性,从而对机座结构进行合理设计,避开共振的发生。ANSYS WORKBENCH的前处理模块、分析计算模块和后处理模块能够较好地完成此部分工作。
1、分析理论
, 其通式可写成:
[S]{D}={F}
式中[S] 刚度矩阵
{D} 位移向量
{F} 载荷项
,即结构的固有频率和振型问题:
其中[K]-刚度矩阵
{ }--第i阶模态的振型向量
--第i 阶模态的固有频率
[M]--质量矩阵
2、建立模型
利用CATIA软件建立机座三维模型,将机座、定子铁心、端盖分为三个部件,然后再装配为组件,并对定子线圈进行等效简化,计算出等效密度,得出三维模型后另存为“.CATPart”文件,并导人ANSYS WORKBENCH,如图1所示。
图1 机座三维模型
4、材料定义.
ANSYS WORKBENCH系统计算需要材料的弹性模量、泊松比和密度。材料定义时将上述三种材料属性输入即可如表1。
表1
项弹性模量
(N/m2) 密度
(kg/m3) 泊松比
定子 14140(等效密度)
机座 7850
端盖 7800
5、建立约束
机座与铁心接触面,建立约束条件为绑定,端盖与机座孔建立绑定约束;
6、划分网格
选择六面体网格划分,完成后结点数为545682,单元数为2961708;
图2 网格划分
7、约束与载荷
电机机座在实际工况下,除了承受机座本身的重力外,还承受转子的重量,单边磁拉力,将其等效为轴承力;转矩包括工作转矩以及负载突然变化电机突然短路时的静态电磁力矩,转子等重量:m=796kg;径向力:F1=;F2=;单边磁拉力:F3=1230N;最大转矩M=(考虑2倍安全