基于ANSYS的直驱摆头动力刀架模态分析

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这里所研究的动梁无滑枕立式铣车复合加工中心采用直驱摆头动力刀架和直驱转台的形式实现五轴联动。直驱摆头动力刀架具有以下优点：(1)直接驱动，省去了中间传动环节，结构简单紧凑；(2)传动效率高，能量损失少；(3)传动精度高。由于刀具装在直驱摆头动力刀架上，所以直驱摆头动力刀架的动态特陛直接影响整机的加工质量；并且国内对直驱摆头动力刀架的动态特性研究较少，因此研究其动态特性，对其进行模态分析是十分必要的。

首先利用三维建模软件 Pro/E建立直驱摆头动力刀架的几何模型，采用有限元方法对直驱摆头动力刀架进行模态分析，得到其固有频率和振型。通过分析直驱摆头动力刀架的固有频率，得到了其临界转速，为工作转速的确定提供了参考依据；同时，直驱摆头动力刀架的有限元模态分析结果也为后续的试验模态分析和谐响应分析提供了理论支持。

2模态分析理论模态分析是动力分析的基础，其任务是分析得到系统的固有特性，包括固有频率以及相应的振型。固有频率和振型是分析动态特性的重要参考指标，也是进行谐响应分析、瞬态动力学分析的基矗首先根据系统模型建立微分方程：。

[M] [c] [K] t) (1)根据此方程，用有限元法对该方程进行求解，评估系统的动力特性。

式中：[ ]-总体质量矩阵；[c]-阻尼矩阵；[ ]-刚度矩阵；-节点位移；)-节点载荷。

当弹性体的动力基本方程中的外力向量 t)：0，即不受外力作用时，便可得系统的自由振动方程：[ ] [c] [ ] 0 (2)由于在自由振动时阻尼对结构的固有频率和振型影响不大，所以，可通过无阻尼自由振动情况来求解固有频率和振型[1。

方程为：来稿日期：2012-06-14基金项目：高档数控机床与基础制造装备”十-五国家重大科技项目(2010ZX04001-032)作者简介：谢黎明，(1962-)，男，安徽黄山人，教授，主要研究方向：先进制造技术、高速数控机床等方向的教学与研究l36 机械设计与制造No.4Apr.201 3，-d> (xl0 )。

、-，/V -v-0 .4 .8 1.2 1.6 2.2 .6 l 1.4 1.8t(s)图9 8574号节点时间-位移曲线图Fig.9 8574 Node Time-Displacement Curve、/、 ，、八 、，、， ，r。

ffffr4 .8 1.2 1.6 2.2 .6 1 1.4t(s)图 10 447号节点时间-应力曲线图Fig.10 447 Node Time- Stress Curve5结束语1.8运用 ANSYS中瞬态动力学分析(亦称时间历程分析)功能，确定了堆垛机多级货叉在弱瞬间承受实际工作载荷时的动力学响应。通过分析，在第-载荷步，上叉前段变形最大，在第二载荷步，中叉中间右侧和左侧变形最大，上叉447号节点、中叉8574号节点在 1s沿垂直方向位移达最大值 ，随后发生周期振动。以上结果，对多级货叉结构的优化和改进可以起到-定的指导作用，减少在弱时的冲击和振动、增加稳定性和可靠性。

80oO720o56oo48004000320024o016oo8o0O(×l0 )- ～ /f.彳fff.4 .8 1.2 1.6 2.2 .6 1 1.4t(s)1.8图 11 8574号节点时间-应力曲线图Fig.1 1 8574 Node Time-Stress Curve