2模擬結果及分析
   
    21振動模態(tài)
   
    圖3 -圖6分別給出了第1階、第2階、第5階和第10階的繞線機主軸箱的振動模態(tài)。由圖3一圖6可見，當發(fā)生共振時，各階的振動模態(tài)是各有特點的。第1階振動模態(tài)，主要表現(xiàn)在主軸箱的+x方向壁面向外彎曲，方向后壁面向外拉伸;第2階振動模態(tài)主要表現(xiàn)在、方向后壁面向內拉伸;第5階和第10階振動模態(tài)表現(xiàn)為一方向的兩個壁面產(chǎn)生嚴重的波浪形變扭動。第1階振動模態(tài)是繞線機主軸箱開發(fā)設計最為關心的振動模態(tài)，從圖3可見，發(fā)生第1階共振時，變形相當嚴重，特別是、方向后壁面向外彎曲。變形輕微時將導致4個工位所繞線圈品質不穩(wěn)定，或者影響所繞線圈的每匝間距，甚至影響到線圈的排列次序;當變形嚴重時將產(chǎn)生嚴重的附加動載荷，從而影響轉軸的疲勞強度和使用壽命。
   

    2.2定量分析
   
    本文所研究的主軸箱的最高轉速為12000r/min，其工作頻率為200Hz。在繞線機的開發(fā)設汁過程中，基頻通常需要保證10倍左右的冗余，因為設備工作時存在一些不確定的因素，如各主軸間采用同步帶傳動，由于齒距的誤差引起的振動，其頻率有可能遠高于其轉動頻率。考慮工作頻率和安全冗余后，主軸箱的第1階固有頻率需要在2000Hz以上，而本文的模擬結果顯示，第1階到第4階的固有頻率均在2000Hz以內，所以主軸箱在設計的最高工作轉速下可能發(fā)生嚴重的共振，這是本文研究所得到的一個結論。
   
    圖7和圖8給出主軸箱各階的固有頻率和變形比例。由圖7可見，第1階到第4階固有頻率介于1323-1860Hz之間，小于2000Hz。考慮到設備能穩(wěn)定安全地工作，必須降低設備的工作轉速，維持10倍的安全冗余時，主軸轉速需要降低到7938r/min以內，才能避免第1階共振。如果要提高繞線機的工作轉速，則必須進一步提高主軸箱基頻，再重新設計主軸箱結構后，采用COSMOS重新進行分析，使得第1階共振頻率在2000H:以上。由此可見，基于有限元方法的COSMOS軟件適合于繞線機主軸箱的振動模態(tài)分析，是產(chǎn)品開發(fā)過程中必不可少的工具。由圖8可以看到，并非每個振動模態(tài)的變形比例都是一致的，某些振動模態(tài)產(chǎn)生嚴重的主軸箱變形，某些振動模態(tài)產(chǎn)生較為輕微的變形。嚴重的振動模態(tài)為第1階、第5階、第8階、第9階和第10階，其變形比例分別為1.31%，2.23%，1.69%，1.37%和2.23%。最為輕微的振動模態(tài)為第3階，變形比例為0.1%。
   

    3結論
   
    采用基于有限元方法的COSMOS軟件分析了某一繞線機主軸箱的振動模態(tài)，得到了以下結論:
   
    (1)繞線機主軸箱的前10階振動模態(tài)各具特點，第1階、第5階，第8階，第9階和第10階相對變形比例較大，均超過1.3%，其中第1階固有頻率為1323Hz，變形比例達1.31%。
    (2)繞線機設計最高工作轉速為12000r/min，而考慮10倍的安全冗余時，其主軸箱基頻需在2000Hz以上，主軸箱前4階固有頻率均小于2000Hz，所以要保證設備穩(wěn)定安全地工作，需要把工作轉速降低到7938r/min以內。
    (3)基于有限元方法的COSMOS軟件適用于繞線機主軸箱的振動模態(tài)分析，是產(chǎn)品開發(fā)設計的有力工具。