新型馬達(dá)底座強(qiáng)度及固有模態(tài)計(jì)算分析

趙俊杰，季敬能

（1.寧波利豪機(jī)械有限公司上海開(kāi)發(fā)中心，上海 200120；2.上海市金山區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，上海 201508）

0 前言

有限元數(shù)值模擬作為一種評(píng)估部件強(qiáng)度及固有頻率的手段，已經(jīng)在各行各業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用有限元數(shù)值模擬不僅可以在計(jì)算機(jī)里面迅速建立模型、模擬各種工作情況，而且可以大大縮短研發(fā)周期，減少新設(shè)計(jì)樣品的試驗(yàn)，極大地提高了新產(chǎn)品研發(fā)的效率。

1 新型馬達(dá)底座的受力情況分析計(jì)算[1]

電梯額定載荷：Q=1 150 kg；

電梯轎箱側(cè)最大設(shè)計(jì)載荷：KQT=2 750 kg；

對(duì)重側(cè)最大設(shè)計(jì)載荷：CWT=KQT-0.5×Q；

馬達(dá)曳引輪直徑：Dtr=480 mm；

一側(cè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩：

由于馬達(dá)制動(dòng)力而產(chǎn)生的支反力計(jì)算：

電梯最大行程：H=120 m；

馬達(dá)底座重量：Wbedplate=60 kg；

曳引馬達(dá)重量：Wmachinery=370 kg；

補(bǔ)償鏈總重量：Wcr=Hγsuspension；

曳引繩總重量：Ws1=2H×6γsuspension；

總載荷：

2 計(jì)算工況

2.1 工況1：轎廂跳動(dòng)工況[2]：

（1）轎廂側(cè)繩頭支反力：

圖1 支反力位置示意圖

（2）對(duì)重側(cè)繩頭支反力：

（3）馬達(dá)底座隔振墊的總載荷：

2.2 工況2：緊急制動(dòng)工況[2]：

（1）轎廂側(cè)繩頭支反力：

（2）對(duì)重側(cè)繩頭支反力：

（3）馬達(dá)底座隔振墊的總載荷：

2.3 工況3：馬達(dá)底座自然頻率計(jì)算工況[2]

僅在重力作用下。

3 有限元模型及邊界條件

3.1 有限元模型

有限元模型在ANSYS里進(jìn)行生成，共有實(shí)體單元82 046個(gè)，161 677個(gè)節(jié)點(diǎn)。在接觸處按實(shí)際情況生成接觸，共58個(gè)接觸對(duì)，焊接的地方生成為“bonded”接觸。通過(guò)初步試算，在應(yīng)力集中的地方生成了細(xì)化網(wǎng)格，計(jì)算中使用了大變形靜態(tài)非線(xiàn)性求解器。如圖2～5所示。

為了準(zhǔn)確模仿馬達(dá)底座的真實(shí)約束情況，在左側(cè)限制了接觸處的X和Z方向位移自由度，在右側(cè)限制了接觸線(xiàn)Y方向的位移自由度（為了防止約束面或體而產(chǎn)生過(guò)約束，這里采取了約束接觸處線(xiàn)的方式）。

3.2 計(jì)算結(jié)果

工況一：跳動(dòng)工況。

如圖6、圖7所示，大部分區(qū)域的應(yīng)力水平低于130 MPa，只有焊縫的地方存在局部應(yīng)力集中（材料：Q235)，最大變形約為2.347 mm，發(fā)生在立柱上端。在該工況下，焊縫處出現(xiàn)了局部應(yīng)力集中，局部應(yīng)力大于材料的屈服極限，因此有部分焊接材料會(huì)發(fā)生永久變形。另外焊縫的作用主要是固定底座的位置，下面有槽鋼支撐，因此底座沒(méi)有墜落的風(fēng)險(xiǎn)（焊縫處發(fā)生應(yīng)力集中的原因主要是，頂面槽鋼的剛度和支撐槽鋼不一致，當(dāng)載荷積壓槽鋼時(shí)，槽鋼試圖在橫向發(fā)生變形，但是焊縫的存在阻止了槽鋼的變形，因此焊縫處發(fā)生了應(yīng)力集中）。

圖2 有限元模型

圖3 局部細(xì)化網(wǎng)格

圖4 施加的載荷

圖5 約束邊界條件

工況二：緊急制動(dòng)。

計(jì)算結(jié)果如圖8、圖9所示。

除了焊縫局部應(yīng)力大以外，其它地方應(yīng)力水平低于90 MPa。

馬達(dá)底座最大變形為2.245 mm，發(fā)生在立柱上部。變形結(jié)果如圖10所示。

工況三：僅在重力作用下自然頻率的計(jì)算。

圖6 應(yīng)力結(jié)果

圖7 變形結(jié)果

圖8 施加的載荷示意圖

圖9 應(yīng)力結(jié)果

對(duì)于MX10馬達(dá)：固有轉(zhuǎn)速范圍是：v=1 m/s，1.5 m/s，2 m/s

由于馬達(dá)機(jī)械偏心而產(chǎn)生的振動(dòng)頻率：

對(duì)于MX10類(lèi)型馬達(dá)，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的電頻率是：

表1是計(jì)算得到的1～10階自然頻率值。

表1 最大傳遞扭矩試驗(yàn)結(jié)果

最低階頻率是46.016 Hz，說(shuō)明馬達(dá)底座的自然頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于馬達(dá)的機(jī)械和電頻率，發(fā)生共振

圖10 變形結(jié)果

的可能性很小。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)馬達(dá)底座在跳動(dòng)和緊急制動(dòng)工況下的有限元計(jì)算模擬以及重力作用下實(shí)際自然頻率的預(yù)估，發(fā)現(xiàn)了馬達(dá)底座設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，并進(jìn)一步分析了發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性。

［1］GB/7588-2003.電梯制造與安裝安全規(guī)范［S］.

［2］EN81-1-1998.電梯制造與安裝安全規(guī)范［S］.