大摆锤动力学分析报告

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大摆锤是常见的游乐设施，通过整体结构分析，得到大摆锤的整体及各个部件的结构应力。然而大摆锤的很多工况是不能简化成静力学的，需有动力学解之。模态分析是动力学分析的基础，大摆锤的悬臂按照一定周期摆动，需对大摆锤的整体结构进行模态分析，这样在产品设计之前可以预先避免可能引发的共振。大摆锤的立柱是受压缩的细长杆件，当作用的载荷达到或超过一定限度时就会屈曲失稳，除了要考虑强度问题外，还要考虑屈曲的稳定性问题。

大摆锤整体模型b）图（a）游乐场中大摆锤示意图图（大摆锤示意图图1

对大摆锤整体结构强进行动力学评价与分析，分别计算大摆锤转盘在满载和偏载

工况下，大摆锤悬臂摆动，对整个结构的影响；以及悬臂的摆角在120°、90°和45°时立柱的结构应力；大摆锤立柱的屈曲分析；悬臂驱动制动分析；整体

结构的模态分析。为顺利安全的生产运行提供数据支持。

2 主要工作内容

（1）建立整体的动力学分析模型，计算满载和偏载工况下，立柱的受力情况；（2）计算大摆锤悬臂摆角在120°、90°和45°时立柱的结构应力强度；（3）悬臂驱动制动分析，以及驱动制动对立柱的影响；

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（4）大摆锤整体的模态分析；

（5）大摆锤立柱的屈曲分析。

3 大摆锤的刚体动力学分析

3.1 材料参数

3 。钢。材料力学参量为：材料密度为 =7.85 t/m整体结构材料：Q2353.2 几何模型

使用通用结构分析软件ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0多物理场协同CAE仿真软件，对大摆锤的整体进行建模，分别建立立柱、悬臂、大转盘建，并在软件中进行装配，如图3所示。

）转盘局部结构（ba（）大摆锤整体结构

）大摆锤立柱d c（）大摆锤悬臂（教育资料word

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图2 大摆锤整体装配模型

3.3载荷与约束

立柱的底板固定在地方面，因此在立柱底板与地面之间，施加固定（Fixed）约

束，模拟底板与地面之间的紧固连接。

在重力作用下，悬臂绕转筒中心轴转动，在悬臂的横臂的内表面和立柱固定筒之间，施加旋转幅（Revolute），模拟悬臂绕横梁转动。

在悬臂摆动的过程中，大转盘同时绕着悬臂的中轴线转动，转动的角速度为1.07rad/s。悬臂与大转盘之间，施加旋转幅（Revolute），模拟大转盘绕悬

臂的转动。

悬臂在整个摆动周期内，受到地球重力的作用，做周期性的摆动，施加标准的重力加速度，方向为Ｙ的负向。

载荷与约束如图5所示。

的角速度转盘施加） 1.07rad/s（（a）整体的载荷与约束 b 大转盘载荷与约束示意图图3 3.4 刚体动力学分析结果

使用通用结构分析软件ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0中的刚体动力学分析模块Rigid Dynamics，对大摆锤进行动力学分析。

为了模拟满载和偏载对立柱的影响，分两种工况对大摆锤进行分析。设定教育资料word

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分析时间为20s。

工况1：满载时，大摆锤的动力学响应；

工况2：偏载时，大摆锤的动力学响应。

为了模拟启动制动对立柱的影响，模拟启动制动分析，启动制动时间为0.5s，角速度变化为0.13r/s。设定完成后，对启动制动进行动力学分析。

3.4.1 工况1：满载时，大摆锤的动力学响应

在满载工况下，大摆锤的悬臂和转盘，在重力作用下，绕转筒做左右摆动，整个摆动过程如图4所示。箭头表示立柱上部受到悬臂摆动过程中的反作用力。

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）大摆锤运动状态（b1

a（）大摆锤运动状态

4

）大摆锤运动状态d3

c（）大摆锤运动状态（教育资料word . .

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f）大摆锤运动状态5 （e）大摆锤运动状态（大摆锤动力学分析中摆动状态图1图4 工况悬臂在摆动过程中，立柱受到悬臂的反作用力，三个方向的反作用力及总，总的

反658.55KNa的反作用力如图5（）所示，悬臂受到总的反作用力最大为向反作用力的最大值重合，表明大摆锤运动到底部时，受到Y作用力最大值与受到的载荷最大。Y的反作用力主要由向反作用力提供，大摆锤运动到底部时，向始终保持平衡，反作用，由于为满载，ZZ向的反作用力最大为0.000386KN 。力几乎为零。具体数据见附表1

）立柱反作用力的载荷时间曲线（a教育资料word

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向反作用力的载荷时间曲线）立柱受到Zb（ 1工况立柱受到悬臂的反作用力曲线图图5

2：偏载时，大摆锤的动力学响应3.4.2 工况大摆锤的悬臂和转盘，在重力作用下，绕转筒做左右摆动，在偏载工况下，所示。箭头表示立柱上部受到悬臂摆动过程中，反作用力6整个摆动过程如图的大小。

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）大摆锤运动状态（大摆锤运动状态）（a 1 b教育资料word

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（d）大摆锤运动状态（c）大摆锤运动状态

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f）大摆锤运动状态）大摆锤运动状态（e5 （大摆锤动力学分析中摆动状态图工况图6 2悬臂在摆动过程中，立柱受到悬臂的反作用力，三个方向的反作用力及总，总的反574.43KN（的反作用力如图7a）所示，悬臂受到总的反作用力最大为向反作

用力的最大值重合，表明大摆锤运动到底部时，受到Y作用力最大值与受到的载

荷最大。Y向反作用力提供，大摆锤运动到底部时，的反作用力主要由向反作用

随b（）所示，由于为偏载，Z7KN向的反作用力最大为Z0.14 ，如图。着转

盘的周期转动，呈现周期性变化。具体数据见附表2教育资料word

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