随车起重机力矩限制器振动设计方案.docx

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随车起重机力矩限制器振动设计方案

随车起重机力矩限制器的振动设计-汽车

随车起重机力矩限制器的振动设计摘要：

介绍了力矩限制器的设计方法，先运用Pro/E进行三维建模，再采用计算模态分析与试验模态分析相结合的方法，保证了力矩限制器设计的安全可靠性。

关键词：

随车起重机力矩限制器振动模态分析ANSYSPro/E中图分类号：

U469.6+4.03文献标识码：

A文章编号：

1004-0226（2015）01-0096-031引言力矩限制器作为随车起重机的安全保护装置，直接关系到起重机作业的安全性。

当操作不当或者超载使用随车起重机时，力矩限制器可以发出警报提醒操作者，并与电气系统配合对随车起重机进行力矩限制，防止起重机向危险方向动作，避免起重机发生倾翻、折臂等安全事故。

设计力矩限制器时，首先应用ANSYS软件对力矩限制器模型进行计算模态分析，根据结果不断对模型进行修正；再对修正后的模型产品化，在国家重点实验室对产品进行专业的试验模态分析；最后对比分析计算和试验结果，确定产品最终结构。

本文的具体研究方法及技术路线如图1所示。

2力矩限制器模型的建立力矩限制器的设计应符合相关标准要求，在进行力矩限制器结构设计时，要充分考虑振动、冲击和密封等因素的影响；对于军用或特种随车起重机用力矩限制器更应严格按照相关国军标的要求进行设计。

此次力矩限制器抗振动的设计要求就是保证其能承受寿命周期内的振动，借助Pro/E和ANSYS等设计手段对随车起重机力矩限制器进行设计，力求结构紧凑、美观，抗振动性能符合国家标准。

力矩限制器具体模型如图2所示。

3基fANSYS的力矩限制器计算模态分析【2-3】模态分析用以确定结构和构件的振动特性，即固有频率和振型。

在承受动态载荷的结构设计中，他们是重要的参数。

进行模态分析有许多好处，可以使结构设计避免共振或以特定频率进行振动，使设计工程师认识到结构对于不同类型的动载荷是如何响应的，有助于在其他动力分析中估算求解进行优化设计。

3.1模态分析理论方程的建立【4】模态是弹性结构固有的整体特性，设计机构或机器部件的每一阶模态都有独立的模态参数，即模态频率、模态阻尼、模态振型等。

对于一个Ⅳ自由度线性体系，其基本振动方程可表示为：

3.2有限元模型的建立由于Pro/E与ANSYS有良好的接口，可以把力矩限制器的模型导入ANSYS内，在不改变力矩限制器力学性能的前提下，忽略某些对几何模型整体力学性能影响较小的几何特征，如螺钉、调整垫等小零件以及工艺孔、凹槽、倒角等特征。

网格划分【3】：

力矩限制器的主要材料为铝，在进行计算时取密度为2700kg/m3，弹性模量E=70GPa，泊松比μ=0.3。

定义单元类型为solid185单元，采用自适应网格划分。

网格划分结束后得到27899个单元，8609个节点，如图3所示。

边界条件：

力矩限制器实际工况为支架固定在随车起重机臂体上，所以边界条件为在力矩限制器支架下平面进行全约束。

3.3结果分析力矩限制器指定模态提取数为6，模态扩展数为6，利用BlockLanczos法进行模态提取【4】，详细过程在此不再赘述。

计算得到力矩限制器前6阶振型及固有频率如图4及表1所示。

4力矩限制器试验模态分析模态试验是把已知的动态状态参数施加到试件上，并测量和记录所引起的响应。

用模态分析方法对测量数据进行分析，可辨识结构或零件的模态参数（模态频率、模态振型和模态阻尼等）。

固有频率使设计人员知道结构对于如发动机怠速和路面激激励比较敏感，应尽力避开这一频段，以防止发生共振。

振型展示了结构固有的振动形态，为人们提供了一种直观的分析该结构振动状态的方法：

通过对振型的分析，可以看出结构的薄弱环节，对结构的动力响应分析能够提供信息。

4.1试验模态分析此力矩限制器为一般振动，适用于固定在振动台上的情况，振动通过夹具作用在试件上，根据试验要求，可以施加稳态振动或瞬态振动。

将力矩限制器用夹具固定在试验室振动台上，根据所要求的试验频率范围、低频行程（位移）以及试件和夹具的尺寸及质量选定振动台，如图5所示。

4.2试验条件依据国家相关标准，采用标准中所提供的条件进行振动试验。

具体试验条件如图6及表2所示。

4.3试验结果在国家认证的实验室及严格按照国家相关标准要求下进行测试，实验室下监测系统反馈试验曲线与试验加载条件典型普型相符。

试验前、试验中及试验后检测力矩限制器工作正常，可以得出结论，本次测试通过。

5计算值与试验值比较通过计算模态分析数据得出力矩限制器的振型主要分为两种形式，一种是力矩限制器支架的左右与上下方向的振动，另一种是力矩限制器的本身的左右与上下方向的振动及第三阶振型图表达的转动振动。

对比计算模态分析和试验模态分析结果，可以看出各阶模态振型也有很高的相似度，力矩限制器在运动过程中受到外界影响甚微，不会对结构的造成破坏，这说明所建立的有限元模型能够很好的反映实际情况的动态特性，可以用于后续的优化分析。

6结语计算模态分析根据初期设计模型，可以预知试件的动态性能，但是这要建立在大量的案例积累和技术人员丰富的有限元建模经验基础上，并且有限元方法得出的也只是一种近似值。

因此，在工程实际结构分析设计中，通常将计算模态分析与试验模态分析结合起来。

运用有限元分析软件对产品进行计算模态分析，在满足设计要求下进行试验模态分析。

在实验室得到的可靠试验数据来验证有限元模型设计的合理性，并把试验数据反馈的不合理处进行重新设计，利用修正后的有限元模型做进一步的静力学分析、动力学分析和机构优化改进等工作，在允许范围内再次对计算模态分析和试验模态分析进行对比，最终设计出符合设计要求的产品。

参考文献[1】肖黎明.Pro/ENGINGEER零件设计完全解析[M]．北京：

中国铁道出版社，2011.[2】尚晓江，邱峰，赵海峰等．ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用[M]，北京：

中国水利水电出版社，2006.[3】张红松，胡仁喜，康士廷等．ANSYS13.0有限元分析从入门到精通[M]．北京：

机械工业出版社，2011.[4】袁安富，陈俊．ANSYS在模态分析中的应用【J]．中国制造业信息化，2007（6）.收稿日期：

2014-09-09