新型馬達底座強度及固有模態計算分析

趙俊杰，季敬能

（1.寧波利豪機械有限公司上海開發中心，上海 200120；2.上海市金山區特種設備監督檢驗所，上海 201508）

0 前言

有限元數值模擬作為一種評估部件強度及固有頻率的手段，已經在各行各業得到了非常廣泛的應用，應用有限元數值模擬不僅可以在計算機里面迅速建立模型、模擬各種工作情況，而且可以大大縮短研發周期，減少新設計樣品的試驗，極大地提高了新產品研發的效率。

1 新型馬達底座的受力情況分析計算[1]

電梯額定載荷：Q=1 150 kg；

電梯轎箱側最大設計載荷：KQT=2 750 kg；

對重側最大設計載荷：CWT=KQT-0.5×Q；

馬達曳引輪直徑：Dtr=480 mm；

一側制動器的制動力矩：

由于馬達制動力而產生的支反力計算：

電梯最大行程：H=120 m；

馬達底座重量：Wbedplate=60 kg；

曳引馬達重量：Wmachinery=370 kg；

補償鏈總重量：Wcr=Hγsuspension；

曳引繩總重量：Ws1=2H×6γsuspension；

總載荷：

2 計算工況

2.1 工況1：轎廂跳動工況[2]：

（1）轎廂側繩頭支反力：

圖1 支反力位置示意圖

（2）對重側繩頭支反力：

（3）馬達底座隔振墊的總載荷：

2.2 工況2：緊急制動工況[2]：

（1）轎廂側繩頭支反力：

（2）對重側繩頭支反力：

（3）馬達底座隔振墊的總載荷：

2.3 工況3：馬達底座自然頻率計算工況[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里進行生成，共有實體單元82 046個，161 677個節點。在接觸處按實際情況生成接觸，共58個接觸對，焊接的地方生成為“bonded”接觸。通過初步試算，在應力集中的地方生成了細化網格，計算中使用了大變形靜態非線性求解器。如圖2～5所示。

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

3.2 計算結果

工況一：跳動工況。

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

圖2 有限元模型

圖3 局部細化網格

圖4 施加的載荷

圖5 約束邊界條件

工況二：緊急制動。

計算結果如圖8、圖9所示。

除了焊縫局部應力大以外，其它地方應力水平低于90 MPa。

馬達底座最大變形為2.245 mm，發生在立柱上部。變形結果如圖10所示。

工況三：僅在重力作用下自然頻率的計算。

圖6 應力結果

圖7 變形結果

圖8 施加的載荷示意圖

圖9 應力結果

對于MX10馬達：固有轉速范圍是：v=1 m/s，1.5 m/s，2 m/s

由于馬達機械偏心而產生的振動頻率：

對于MX10類型馬達，由于轉子轉動而產生的電頻率是：

表1是計算得到的1～10階自然頻率值。

表1 最大傳遞扭矩試驗結果

最低階頻率是46.016 Hz，說明馬達底座的自然頻率遠遠高于馬達的機械和電頻率，發生共振

圖10 變形結果

的可能性很小。

4 結論

通過對馬達底座在跳動和緊急制動工況下的有限元計算模擬以及重力作用下實際自然頻率的預估，發現了馬達底座設計中的薄弱環節，并進一步分析了發生風險的可能性。

［1］GB/7588-2003.電梯制造與安裝安全規范［S］.

［2］EN81-1-1998.電梯制造與安裝安全規范［S］.