基于 ANSYS 的滚筒轴优化设计.pdf

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1、2014年1月机械设计与制造工程Jan．2014第43卷第1期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．1DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．01．011基于ANSYS的滚筒轴优化设计严帅，曹京生(南通航运职业技术学院机电系，江苏南通226010)摘要：利用有限元分析软件ANSYS对脱粒滚筒轴进行优化设计，通过合理选择优化变量得到脱粒滚筒轴的优化结果，并验证了优化结果的可行性，对脱粒滚筒轴的设计制造具有一定的参考价值。关键词：脱粒滚筒轴；有限元分析；ANSYS；优化设计中图分类号：$225．3文献标识码

2、：A文章编号：2095—509X(2014)01—0042—04收割机脱粒装置是一个工作在不确定环境中的根据滚筒形式可分为纹杆滚筒脱粒装置、钉齿滚筒多输入和多输出的非线性系统，传统的脱粒装置的脱粒装置和弓齿滚筒脱粒装置。4LB1450半喂人设计分析是建立在经验的基础上。随着科学技术的自走式联合收割机采用弓齿滚筒脱粒装置，其结构不断发展，在设计机械产品时，要求设计人员必须通示意图如图1所示。过有效的计算方法，预估出该产品在未来工况下所产生的应力和应变。传统的凭经验的方法很难对脱粒装置这样复杂的非线性系统进行全面和完整的分析，也就很难达到高设计质量、高设计水平的要求。基于CAE技术的优化设计，

3、是一种借助最优化理论和数值计算方法，在计算机上进行自动或半自动设计，优选出现有工程条件下最佳设计方案的设计方法，它克服了传统设计的经验性。近年来，CAE技术在农业机械设计中得到广泛应用，目前流行的CAE1一滚筒轴；2一滚筒圈；3一击合板；4一脱粒齿；分析软件主要有NASTRAN、ADINA、ANSYS、5一加强内齿；6一加强齿；7一第三梳整齿；ABAQUS、MARC、COSMOS等¨。本文介绍了利8一第三梳整内齿；9一第二梳整齿；10一第一梳整齿用ANSYS软件对脱粒滚筒轴进行优化设计的过程，图l弓齿滚筒脱粒装置通过合理选择优化变量得出脱粒滚筒轴的优化结果，并验证了优化结果的可行性。1．2

4、脱粒滚筒轴的结构滚筒轴是收割机脱粒装置中关键的支承部件，1联合收割机脱粒装置脱粒滚筒轴由2个轴承支承，其上装有滚筒、输入脱粒装置是联合收获机械的核心部件，在很大链轮和输出链轮，受力较复杂，其结构简图如图2程度上决定了机器的脱粒质量与生产效率，而且对所示。分离清选也有很大的影响。影响脱粒装置性能的因素很多，除了脱粒装置的结构参数、运动参数等2滚筒轴的优化设计一些确定因素外，还有作物品种、作物成熟度、作物2．1设计变量湿度以及谷草比等一些不确定因素。根据有限元法，将脱粒滚筒轴分离成9个单1．14LB1450半喂入自走式联合收割机脱粒装置元，如图2所示。脱粒装置的种类很多，分类方法也有多种，在脱

5、粒滚筒轴上装有很多零部件，如将脱粒滚收稿日期：2013—11—18基金项目：江苏省高等职业院校高级访问工程师计划资助项目(2013)作者简介：严帅(1969一)，男，江苏南通人，南通航运职业技术学院副教授，硕士，主要研究方向为机械CAD／CAM／CAE、农业机械。·42·2014年第1期严帅：基于ANSYS的滚筒轴优化设计⑨图2脱粒滚筒轴结构简图筒轴所有截面参数都选取为设计变量，不仅会耗费数是由设计变量表示的、衡量结构优劣的量化指大量机时，而且会影响与其配套的零部件尺寸。图标。2中，每个单元都有一些结构参数，对脱粒滚筒轴在脱粒滚筒轴的优化设计中，将轴的质量作为进行优化设计时，选择脱粒滚筒轴

6、结构中较大的截优化目标，并选择其体积作为目标函数，定义目标面参数和应力集中区域的截面参数作为优化的具函数的过程为：体对象，本文的优化设计选取④⑤⑥⑧单元的直径ETABLE，VOL，VOLU，／／将单元体积记入和④⑤⑥单元的长度作为设计变量，各设计变量的单元表基本情况见表1。SSUM／／求和表1设计变量的基本情况mmGET，VOL，SSUM，，ITEM，VOL／／提取体积作为参数OPVAR，wT，OBJ，，，，／／定义目标函数2．5优化计算ANSYS优化设计方法有零阶方法和一阶方法，一阶方法使用因变量一阶偏导数进行逼近，精度很高，但消耗的机时较多；零阶方法使用因变量逼近，可以有效地处理绝大多

7、数工程问题。脱粒滚筒轴的优化计算采用零阶方法。2．2参数化模型通过优化计算得到不同迭代次数中设计变量在有限元优化分析文件中，模型的建立必须是和状态变量的变化情况，表2所列的是前7次迭代参数化的。图3是用设计变量作为参数建立的脱过程中的设计变量，表3所列的是前7次迭代过程粒滚筒轴的参数化模型。中的性能约束和目标函数。表2迭代过程中的设计变量mm迭代变量次数D4D5L5D6L6D83O．2O41O0．50629．628616