孙令真

(广州华立科技职业学院，广东 广州 511325)

0 引言

机芯是大型钟表的重要组成零部件，在大型钟表机芯工作过程中，传动系统中齿轮相互啮合，带动秒针、分针和时针的转动，达到精确报时的目的。因大型钟表一般都暴露在户外，日晒雨淋，加上电机高速运转，在周期性载荷作用中容易产生驱动精度下降、磨损严重、噪声大、使用寿命减少等情况，所以，保证钟表机芯传动系统的传动精度及钟表机芯的使用寿命意味着对机芯结构有着特殊的要求。本文以某大型钟表机芯为研究对象，采用有限元方法对机芯的模态性能进行分析，得出机芯的固有频率和振型，从而为机芯的结构优化设计提供依据。

1 机芯三维建模及单元选择与网格划分

因ANSYS Workbench软件建模的复杂性和局限性，本文采用UG NX 8.0三维建模软件对机芯进行三维预建模，如图1所示。

采用ANSYS Workbench的mesh模块对机芯模型进行网格划分，采用10节点四面体单元Solid 187。Solid 187是高阶3D10-node实体单元，该单元支持大应变、超弹性、应力加劲、塑性、蠕变和大挠度，混合方程可以用来模拟几乎不可压缩的弹塑性材料和完全不可压缩的超弹性材料[1]。

确定划分物理场为Mechanical，网格相关度Relevance=100，体划分尺寸Body Sizing为1.5 mm[2]，机芯网格划分结果如图2所示。

2 求解过程

建立5组接触对(如图3所示)，9个接触Joints运动副(如图4所示)。模态分析对于任何接触问题均自动转化为Bonded接触，因此所有接触类型为Bonded，接触算法采用增强拉格朗提算法[3]。

进入求解器，在“Analysis type”选项中选择“modal”，求解方法选择Block Lanczos法，并在“Analysis option”中设置前10阶固有频率[4]。……