第５期

张华等：电机壳体振动特性分析

一５３一

油孔由于其孔径很小忽略不计

外，其余部分均与电机壳体原始

几何结构完全相同。图ｌ为电机

壳体三维结构模型图。其材料机

械性能为：弹性模量Ｅ＝

１４５０００ＭＰａ，质量密度ｐ＝７．８×

１０“ｋｇ／删ｎ３，泊松比ｐ２０・３。

图ｌ电机壳体三维结构模型图

有限元空间大体可分为四

Ｆ酶１

３Ｄ

ｓｔ九ｌｃｔｕｒｅ

ｍｏｄｅｌ

面体和六面体等参元。由于电

ｏｆｔｈｅ

ｍｏｔｏｒ

ｓｈｅｌｌ

机壳体结构外形复杂，采用六面体单元离散化困难，故选用４节

点四面体单元来模拟电机壳体。由于结构的固有频率和振型向

量仅与结构的质量分布和刚度分布有关，不存在应力集中问题５

另一方面，均匀的网格分布使结构刚度矩阵和质量矩阵中各个

元素值的大小相差不大。可以减小数值分析中的误差，提高固有

频率和振型向量的计算精度。因此，在对电机壳体进行离散化

时采用了均匀的网格分布。离散化后，整个结构共划分成

１５８６１０个节点，６５４０９８个单元。

２．２边界条件

电机是用高强度螺栓连结到基础上，故与基础接触的电机

壳体底面的法线位移设定为零，同时将电机壳体螺栓孔法线方

向位移约束住。

３计算结果

应用ＡＮｓＹｓ有限元软件对电机壳体的固有特性进行了计

算。在分析中，选用了一致质量矩阵，即：

【ＪＩＩｆ】ｃ：ｆ【Ⅳ】’【Ⅳ】ｄ口

（１５）

采用分块Ｌ粕ｃ∞ｓ方法计算了电机壳体的前４０阶固有频率

和振型向量，其中前２０阶固有频率列于表ｌ，对应的前５阶振

型如图２至图６所示。

表１固有频率计算结果（Ｈｚ）

Ｔａｂ．１

Ｒ∞ｕｈ

ｏｆ

ｃａｌｃＩＩｌ砒ｉｏｎ

ｏｆ

ｎ砒ｕｄｋｑｕｅｎｃｙ

图２第ｌ阶振型

Ｆｉｇ．２

Ｔｈｅｆｉ玛ｔｍｏｄｅ

图３第２阶振型

Ｆｉｇ．３

Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｍｏｄｅ

图４第３阶振型

图５第４阶振型

Ｆｉｇ．４

１１１ｅｔｈｉｒｄｍｏｄｅ

Ｆｉｇ．５

１ｋ￡Ⅲｎｈ

ｍｏｄｅ

４模型网格合理性及误差分析

由于有限元分析是一种近似的数

值计算方法，故网格的密度对计算结果

精度影响很大。为了研究单元大小对

计算精度的影响，将电机壳体按４种不

同网格密度进行离散化。结果列于表

：：黧耋兰雪！垦旦兰耋度模型的前

图６第５阶振型

１０阶固有频率和相对误差。

Ｆ≤；盂ｆ茹二。

表２４种不同密度网格模型

７Ｉ’ａｂ．２Ｍｅｓｈ

ｍｏｄｅｌｏｆ４ｋｉｎｄｓ０ｆｄｉ丘ｂｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙ

Ａ模型

Ｂ模型

Ｃ模型

Ｄ模型

单元边长

７

６．５

６．２

６

节点数

１０８１６７

１３０３７２

１４９４２７

１５８６１０

单元数

４２６９２０

５１９４３１

６１０７３６

６５４０９８

表３４种不同模型的固有频率和相对误差

Ｔａｂ．３Ｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｉｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅ

ｅｒｒｏｒ

ｏｆ４ｋｉｎｄｓｏｆｄｉ】日ｆｅＩＢｎｔｍｏｄｅｌｓ

Ａ模型ＡＢ误差

Ｂ模型

Ｂｃ误差

ｃ模型

ｃＤ误差

Ｄ模型

１

１０９．８６

Ｏ．０２０２

１０７．６８

Ｏ．仇２３

１０６．６７

Ｏ．∞５８

１０５．７５

２

２８３．９４

０．０２３６

２７７．３８

Ｏ．０１９２

２７２．１６

０．∞８３

２６９．９ｌ

１

３１２．６９

０．０３０３

３０３．５０

０．０１２６

２９９．７２

０．００５４

２９８．１１

ｄ

４“．８７

０．０１３３

４５８．７８

０．０１２６

４５３．０７

０．００４８

４５０．８９

５

５８９．３６

Ｏ．０１３６

５８１．４３

０．０１４９

５７２．８５

０．００６５

５６９．１５

６

５９９．０６

０．０２７ｌ

５８３．２５

０．００９９

５７７．５４

０．００５６

５７４．２９

＇

７７８．９８

Ｏ．０１８３

７６５．００

０．０１４９

７５３．７２

０．００６０

７４９．１７

８

７８５．４８

Ｏ．０２３６

７６７．３８

Ｏ．００８ｌ

７６ｌ＿１８

Ｏ．∞７９

７５５．２ｌ

ｏ

８１９．１９

０．０１０２

８１０．９４

０．００３４

８０８．１７

Ｏ．００５２

８０４．０３

１０

９９０．２３

０．０２３４

９６７．６１

０．０１９９

９４８．７ｌ

Ｏ．００７９

９４１。２８

由表３可见，随着网格密度增加，各阶固有频率逐渐减小，

并趋近于一稳定值，误差也迅速减小。Ｃ模型和Ｄ模型之间的误

差已很小，Ｄ模型的计算结果已基本达到精度要求。这就明再增

加网格密度，计算精度提高极小，但将导致计算时间过长，甚至

由于计算机硬件的限制而计算不了。

５结论

这里对电机壳体进行固有特性计算分析，这为做其结构动

力学分析提供了重要的模态参数，同时也为进行结构优化设计

提供了理论依据。在对大型复杂结构进行有限元分析时，要受

到现有技术条件的限制，因此应研究网格密度的大小对计算精

度的影响，要利用网格控制方法，合理地划分网格，以获得足够

精度的计算结果。

参考文献

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万方数据