基于ANSYS的柠条圆盘锯式切割部件有限元分析.pdf

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1、2015年9月农机化研究第9期基于ANSYS的柠条圆盘锯式切割部件有限元分析邱述金，郭玉明，郑德聪(山西农业大学工学院，山西太谷030801)摘要:柠条圆盘锯式切割部件是柠条联合收割机的关键部件。为此，通过分析圆盘锯式切割部件的工作特性，结合柠条收割要求，确定三圆盘锯式切割部件的各部件的尺寸参数，并利用三维实体建模软件UG建立切割部件模型，导入有限元分析软件ANSYS中进行结构静力学分析，对单个锯齿上刃部点在不同切割深度下的应力、应变进行仿真分析，旨在为优化柠条收割机切割部件结构参数设计提供依据。关键词:柠条收割机;圆盘锯式切割部件;有限元分析+中图分类号:S225．59文献标识码:A文

2、章编号:1003－188X(2015)09－0227－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.0510引言1理论基础目前，柠条机械化生产新技术研究及作业装备设在弹性体中，节点载荷与节点位移、节点速度及计相关基础研究还很少，急需研究性能可靠、实用的节点加速度有关，动力学通用运动方程为［1－4］·柠条机械化生产装备。圆盘锯式切割部件是柠条[M]{}··u+[]C{}u+[]{Ku}={F(t)}(1)联合收割机的关键部件，切割效果的好坏影响到柠条式中［M］—结构质量矩阵;平茬后复壮的优劣。收割机工作时，切割部件高速旋［C］—结构阻尼矩阵;转，对柠条进行切割。由于

3、在切割过程中，割刀深度［K］—结构刚度矩阵;由小到大，切割的柠条面先由小变大，后由大变小，所{F}—随时间变化的载荷函数;以柠条对切割部件阻力的大小、方向在整个切割过程{u}—节点位移矢量;中都是变化的。因受到较大的冲击载荷和随即激励，·{}u—节点速度矢量;切割部件圆盘锯的设计应确定能承受切割过程中的{}··u—节点加速度矢量。外载荷，无残余形变，允许少量的弹性形变，并具有较［5－8］当设定F(t)=0，忽略掉结构阻尼矩阵［C］时，可高的疲劳强度。圆盘锯参数的优劣直接决定了柠以对结构进行模态分析。式(1)可写为条的平茬质量，针对传统的设计由于缺乏精确的计算2方法、采用相对较大的安全系数

4、，从而导致切割部件([]K－ωi[M]){Φi}=0(2)圆盘锯较笨重的问题，本文采用有限元分析软件AN-其中，ωi为固有圆周频率;Φi为振型。SYS，先给出圆盘锯应力计算的有限元力学模型，然后此处结构刚度矩阵［K］、结构质量矩阵［M］是常根据程序计算出所选关键点的应力大小及圆盘锯的量，由式(2)可以得到固有圆周频率和振型。［9－10］应力分布规律，得出应力集中区域，为切割部件2圆盘锯模型的建立圆盘锯的设计和疲劳分析提供理论依据，对减低功切割部件工作时，刀盘高速旋转，田间作业或者耗、提高平茬质量具有重要意义。室内试验都不易观察刀盘切割柠条的动态过程。通过三维动态仿真可以较易观察刀盘复杂的

5、运动过程，收稿日期:2014－09－26并可通过模态分析验证是否满足避免共振的条件。基金项目:山西省科技攻关重点项目(20090311043);科技部成果转化按照我们前期探索的柠条切割部件结构参数，切项目(2009GB2A300037);山西省重点实验室基金项目(2013011066－9);山西省研究生优秀创新项目(20133061)割部件刀盘直径为400mm。在此选取三圆盘锯式切作者简介:邱述金(1988－)，男，山东昌邑人，博士研究生，(E－mail)割部件其中的任一圆盘锯式切割部件进行分析。由sxauqsj@sina．com。于ANSYS分析所需的模型通常是简化模型，在保证仿通讯作

6、者:郭玉明(1954－)，男，山西平定人，教授，博士生导师，(E－mail)guoyuming99@sina．com。真需要的部件和实际一致前提下，把次要部件合并到·227·2015年9月农机化研究第9期主体部件，以减少繁冗的约束。本文采用的圆盘锯式3)第3阶固有频率为f3=392Hz，为切割部件刀切割部件包括锯盘、锯轴、轴套及其连接件(螺母、垫盘绕转轴正方向的旋转振动。圈和销、键)。由于ANSYS的三维建模复杂不便，首4)第4、5、6阶固有频率分别为f4=460．94Hz、先利用三维建模软件UG对切割部件进行三维实体建f5=461．61Hz、f6=490．34Hz。模，然后通过软件间的

7、接口导入到ANSYS中。由此得到的柠条圆盘锯式切割部件的三维模型如图1所示。图1柠条圆盘锯式切割部件三维模型Fig．1The3Dmodelofdiscserratedcutterofcaragana由于仿真过程只需要其主要部件即可实现，简化其模型为锯盘、锯轴、轴套连为一体，在ANSYS中设置关联中心为精细，平滑化为高，跨角中心为精细，划分单元后模型如图2所示。图2柠条圆盘锯式切割部件有限元模型Fig．2Thefiniteelemen