刮板式花生脱壳机机架的模态分析

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1、刮板式花生脱壳机机架的模态分析孙康匕王军锋1,20.江西理工大学应用科学学院，江西赣州341000;2.中南大学机电工程学院，长沙410083)摘要：为了研究刮板式花生脱壳机机架的动态特性，以其机架为研究对象，利用SolidWorks对脱壳机机架进行了三维实体建模，然后导入到有限元软件ANSYSWorkbench中对其进行了固定模态分析，得到了花生脱壳机机架的前6阶固有频率和振型，为进行花生脱壳机机架的谐响应分析、瞬态响应分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计奠定了基础。同时，分析了刮

2、板式花生脱壳机工作时的零部件对机架固有频率和振型的影响。结果表明，脱売机的工作频率和皮带传动引起的振动频率都远离其第1阶固有频率，不会对脱壳机机架的共振产生影响。模态分析的结果可为刮板式花生脱壳机机架的结构和性能改善提供必要的参考依据。关键词：刮板式花生脱壳机；模态分析；机架；SolidWorks；ANSYS中图分类号：S226.4;S126文献标识码：A文章编号：1003-188X2013)06-0066-040引言在刮板式花生脱壳机的研究和设计过程中，由于其工作过程带有冲击性因素-2】，传统的

3、静态设计和经验设计方法远不能满足需要，因此必须研究刮板式花生脱壳机的动态特性，预测其动力响应，才能进行动态分析和动态设计国。机架是刮板式花生脱壳机的关键承载部件，整机承受着复杂的动载荷，这些动载荷直接或间接地传递给机架。机架的振动问题是脱壳机设计过程中必须耍考虑的，通过有限元分析可以较为全面地了解机架结构的固冇频率和振型，从而为刮板式花生脱壳机机架结构获得更好的动态性能和优化设计提供必要的依据4匀o本文所述的刮板式花生脱壳机的机架是焊接而成的组合机架，具有加工和装配方便的特点，虽然经过消除内应力工

4、艺的处理，相比铸造而成的机架仍然存在一定的内应力。利用传统的设计和分析方法难以控制其工作时的安全性和可靠性，因此有必要对其进行模态分析，以了解其结构特性，防止与各种激励频率产牛共振，以提高花生脱壳机运行时的安全性和可靠性。1模态分析理论以固有频率和振型分析为对象的模态分析是其他振动分析的基础回。通过结构的模态分析，可以冇收稿日期:2012-06-18基金项目：江西理工大学科研基金项目fxxjlll47)作者简介：孙康Q977-),男，重庆人，副教授，硕士，博士研究生,)tqskbest@yali(

5、x)・com・cn。效地选择合理的结构设计方案，并对其进行有效的验证⑺。模态分析技术是现代机械产品结构动态设计与分析的基础，结构固有频率和振型分析是其基本内容。模态分析不仅能够避免结构在工作时产生共振,而且足分析结构动态响应和其他动力特性的基础。在模态分析中，由于高频振动模态对结构运动的影响很小，因此在工程中一般只考虑若T低阶模态。对于一个N自由度机械系统，其结构动力学的常系数微分方程为网］鼻}+“］(4+永］(4=F0}«)式中函］一系统的质量；一阻尼；旳一刚度矩阵。经验证明，阻尼对结构的固有

6、频率和振型影响不大,可通过无阻尼自由振动情况来求解固有频率和振型。在无阻尼自由振动的情况下，方程Q)变为函］乙}+旳(4=0}2)假定机械系统做简谐运动,则有(M-/m(/}=0}B)此方程有解的条件为/K1旳/=册4)解此方程即可得到一系列特征值Af-=/,以及各特征值对应的向量，即振型向量它反映结构以3为角频率振动时的形状2刃。2模态分析过程2.1三维建模SolidWorks软件是最常用的机械类产品的三维建模工具，其具有强大的机械零件三维实体的建模功能。在对刮板式花生脱壳机机架进行三维建模时，

7、通过软件的拉伸、旋转和切割等命令，以及参数化的建模方法來完成的"。为了便于进行模态分析，在建模时把机架的次要因素进行了简化，不在三维模型中体现如圆角和倒角等）。刮板式花生脱壳机机架的三维装配体模型见图1所示。图1刮板式花生脱壳机机架三维图Fig.1The3Dmodeloftherack2.2网格划分把上面应用SolidWorks软件建立的刮板式花生脱壳机机架的三维实体模型导入到有限元软件ANSYSWorkbench中。机架采用Q235钢，材料参数:弹性模量为210GPa,泊松比为0.3,质量密度为

8、7850kg/m3。在Workbench中,对刮板式花牛脱壳机机架设置好材料参数后，由于机架的结构相对较为简单，所以应用Workbench中自动网格生成功能进行网格划分。其能够根据零件不同位置的不同尺寸自动调整所划分的网格到合理的尺寸，划分完成厉的机架网格模型见图2所示。近似模拟其工作时的固定状态，对其施加固定支承约束的位置如图3所示；由于是自由模态分析，不需要添加外载荷。另外，由于刮板式花生脱壳机的工作转速较低，所以对求解器设置时只提取其前6阶模态来进行求解和分析。图3机架固定支