基于ANSYSWorkbench的乘坐式割草机刀盘模态分析

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1、2015年6月农机化研究第6期基于ANSYSWorkbench的乘坐式割草机刀盘模态分析程小龙，刘俊峰，李建平，柴立发，王立新(河北农业大学机电工程学院，河北保定071001)摘要:刀盘是割草机重要部件，其工作时固有频率与振型的大小直接关系到整机的可靠性与安全性。为此，利用CAD/CAM软件Pro/E建立刀盘的三维实体模型，并将其导入有限元分析软件ANSYSWorkbench，对所建模型进行模态有限元仿真分析，提取前6阶固有频率，与刀盘转速进行比较，计算出其工作时的危险转速范围。分析结果表明:刀盘最高工作转速远低于其1阶临界转速，有效地避免了共振

2、的发生，验证了刀盘设计的合理性，可为刀盘其它的动力学分析奠定基础。关键词:割草机;刀盘;ANSYSWorkbench;固有频率+中图分类号:S224．15文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)06－0060－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.06.014析。对于本文中刀盘的结构特点，进行了模态分析，0引言提取了刀盘前6阶约束模态的固有频率及对应振型;近年来，随着我国果园种植面积的不断扩大，果根据固有频率计算出刀盘前6阶临界转速，对比刀盘园管理的要求日益提高，割草强度也逐步增大，乘坐的工作转速，计算出其

3、工作时的危险转速范围，进而自走式割草机对于减少劳动强度、提高作业效率及促验证设计的安全性与合理性。文中得出的相关数据进果园业发展有重要意义。由于果园环境比较复杂，为刀盘结构设计的优化改进提供了一定参考借签。割草机作业需要更可靠的工作性能。切割装置是割1刀盘三维参数化特征模型的建立草机众多部件中的核心部件，其可靠性直接决定着整机作业效率与质量。因此，应对切割装置中的关键部利用ANSYSWorkbench对刀盘进行模态分析，首件进行优化设计，以使割草机在内部结构和可靠性等先应先建立刀盘的三维模型，模型建立的方法分为两方面适应果园作业要求。刀盘是切割装

4、置完成割草种:一是概念建模，主要用于创建和修改线体或面体，的主要装置，!其结构必须达到足够的刚度与强度，以并最终建立梁模型或板壳模型;二是运用ANSYS中符合实际应用的要求。同时，刀盘应有工作状态时合DesignModeler模块或外部CAD软件建模。一般建模理的动态特性，以达到对振动与噪音的控制，进而保是通过外部CAD软件建好模型后，将模型转成第三方证乘坐自走式割草机整机的工作性能。在刀盘的结格式，然后导入ANSYS中。本文首先在Pro/E软件中构设计中，如果仅考虑其结构的刚度与强度，就可能建立实体模型后另存为SAT格式，然后再导入ANSYS在

5、工作时因为局部结构设计的不合理而产生噪声污Workbench。通过建立尺寸驱动的关系，可以方便有［2］染与共振破坏。在设计阶段，采用动力学分析方法对限元分析模型后续的改进优化。为了计算机便于刀盘振动的动力学参数进行求解与分析是乘坐式割分析，在三维建模时对部分倒角、圆角进行忽略简化草机减震降噪的一种有效途径。通过使用Pro/E软处理。建立后的刀盘三维模型如图1所示。件建立三维模型，并对其结构进行有限元软件的仿真2刀盘有限元模型的建立［1］计算，可以减少研发成本。在此，运用ANSYSWorkbench有限元软件来实现对刀盘的动态特性分建好模型导入后，

6、对于装配体通常是将零部件在DesignModeler中先组成一个多体部件体(Multi－body收稿日期:2014－06－11Parts);形成多体部件体后，可以在以后的设计仿真分基金项目:国家苹果产业技术体系项目(CAＲS－28);国家公益性行业(农业)科研专项(201203016)析中实现零部件间的共享拓扑，并可由不同材料组成作者简介:程小龙(1987－)，男，湖北应城人，硕士研究生，(E－mail)一个多体部件体。在结构设计中，对其三维模型进行chengxl07@sina．com。模态分析可以有效避免可能引起的共振，确保了设计通讯作者:刘俊

7、峰(1956－)，男，河北清苑人，教授，(E－mail)liujf@hebau．edu．cn。的合理性。模态分析是在一定的假设条件下求解的，·60·2015年6月农机化研究第6期所以必须满足以下的假设条件:①材料是线弹性材料;②满足小变形理论;③不考虑载荷、惯性与温度影［3］响。导入模型后，进入模态分析Modal模块，如图2所示。图3刀盘模型的网格划分Fig．3Griddivisionofcuttermodel表1刀盘前6阶固有频率及振型Table1Sixformercutternaturalfrequenciesandmodeshapes模态阶

8、数频率值/Hz振型特征1137．22刀盘上刀片向边缘振动增强2144．94刀盘上刀片沿Z轴振动弯曲图1刀盘的实体模型Fig．1Theso