基于ANSYS的一种新型振动筛分机敲打装置的模态对比分析

作者:赵亚攀;韩宝庆;张岁;李柏松 刊名:科协论坛(下半月) 上传者:王双剑

【摘要】利用Creo2.0与ANSYS14.0对自主创新设计的振动筛分机敲打轴与单个主轴进行模态对比分析,验证产品结构创新设计的合理性,同时观察所分析零件的振型分布情况,为产品的后续优化设计奠定基础。

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本团队设计的筛分机就单从机械装置而言,我们不仅采用多种振动形式的筛面组合,还增加设计了一种简单而实用的机械结构来增加二层圆振动筛网的振动效率。这个机构我们暂且称为敲打装置。既然是一个创新机构,那么我们对这个装置进行分析研究,对于完善振动筛分机的筛分形式具有重要意义。1振动筛分机的核心结构及工作原理1-振动电机2-皮带3-中层筛网链轮4-皮带5-机架图1振动筛分机的核心机构如图1所示,振动电机振动的同时通过皮带轮带动二层筛网作圆振动,带动中间敲打轴上的曲柄滑块机构实现一层筛网沿斜面导轨的往复平动,带动敲打装置(如图2)周而复始地敲打二层筛网。最终,筛分物经过三层筛分网面(最后一层磁化筛网是为了筛分骨料中的金属网),得到预期的筛分效果。1-敲打轴2-轴承3-曲柄滑块机构4-一层筛网导轨5-一层筛网6-二层筛网7-磁化筛网图2敲打装置2振动筛敲打轴的有限元建模我们在Creo2.0软件中建立敲打主轴与敲打杆的三维模型,另存为敲打主轴与敲打杆组件的IGS及单个敲打主轴的IGS档类型,为导入ANSYS14.0中做模态对比分析做好准备。工程技术产业经济与22科协论坛2013年第11期(下)如图3所示的模型图,即导入的有限元模型。图3敲打轴有限元模型3模态分析3.1模态分析基本理论模态分析旨在使的重要结构避免共振或以特定频率进行振动,故我们对敲打装置进行模态分析。而对于n个自由度系统,无阻尼自由振动作用力方程的一般形式为:(1)这样在系统自由振动中买假设所有的质量都在做简谐运动,则方程解为:(2)式中:,-第i个振型的固有频率和相角;-第i个振型的诸位移的列阵;-第i个振型的位移最大值或振幅矢量。将(2)式代入(1)式整理得:(3)令。其中:为特征矩阵。对于振动系统,振幅不全为0,则必有:即:展开此式得的代数多项式。因此可解不相等的、、…共n个根,称此根为特征根,开方后得固有频率的值。对应于每一个特征值的振幅矢量称为特征矢量,由于各元素比值完全确定系统振动的形态,所以又称为第i阶主振型或固有振型。3.2敲打轴的模态分析首先,在模态分析中材料的泊松比、弹性模量、密度、单元类型都是一些最基本额的参数,我们依照如表1进行参数设置;同时在x=0.18处施加边界条件(X=0,Y=0,VY=0,VZ=0);最后求解时采用兰索斯法(BlockLanczos)提取前15阶模态。表1零组件基本参数零件材料弹性模量(GPa)密度Kg/m3泊松比单元类型Solid1857850Solid1860.378002.100.2540Cr2.06敲打杆45钢敲打主轴模态分析完成之后,我们将单个主轴与敲打轴的各阶模态频率做一个统计分析,以寻求二者之间的数量关系,绘制表2。表2单个主轴与敲打轴统计表单个主轴阶数敲打主轴阶数固有频率是否相近12是23是38是49是依照上述观察,我们提取单个主轴与敲打主轴的部分阶数(如表2所示)振型图,以备对比分析,如图4所示。(a)单个主轴1阶与敲打轴2阶工程技术产业经济与23科协论坛2013年第11期(下)(b)单个主轴2阶与敲打轴3阶(c)单个主轴3阶与敲打轴8阶(d)单个主轴4阶与敲打轴9阶图4单个主轴与敲打主轴的部分阶数振型图根据振型图我们可以总结出以下四点结论:(1)对于本新型振动筛分机来说,筛分振动频率30HZ,而由模态分析可得最低的固有频率即为436.28HZ,工作的筛分频率远小于固有频率,所以敲打装置的设计是比较合理的。(2)对于敲打轴与单个主轴相近频率振型的对比分析,可知当固有频率相近时,两种分析结果的振型形态极为相近,振动幅值的极值也极为相近,

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