基于ANSYS的一種新型振動篩分機敲打裝置的模態(tài)對比分析

摘 要：利用Creo2.0與ANSYS14.0對自主創(chuàng)新設(shè)計的振動篩分機敲打軸與單個主軸進行模態(tài)對比分析，驗證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的合理性，同時觀察所分析零件的振型分布情況，為產(chǎn)品的后續(xù)優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：振動篩分機 單個主軸 敲打軸 模態(tài)對比分析

中圖分類號：TB535 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）011-021-03

本團隊設(shè)計的篩分機就單從機械裝置而言，我們不僅采用多種振動形式的篩面組合，還增加設(shè)計了一種簡單而實用的機械結(jié)構(gòu)來增加二層圓振動篩網(wǎng)的振動效率。這個機構(gòu)我們暫且稱為敲打裝置。既然是一個創(chuàng)新機構(gòu)，那么我們對這個裝置進行分析研究，對于完善振動篩分機的篩分形式具有重要意義。

1 振動篩分機的核心結(jié)構(gòu)及工作原理

1-振動電機 2-皮帶 3-中層篩網(wǎng)鏈輪 4-皮帶 5-機架

如圖1所示，振動電機振動的同時通過皮帶輪帶動二層篩網(wǎng)作圓振動，帶動中間敲打軸上的曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)一層篩網(wǎng)沿斜面導(dǎo)軌的往復(fù)平動，帶動敲打裝置（如圖2）周而復(fù)始地敲打二層篩網(wǎng)。最終，篩分物經(jīng)過三層篩分網(wǎng)面（最后一層磁化篩網(wǎng)是為了篩分骨料中的金屬網(wǎng)），得到預(yù)期的篩分效果。

1-敲打軸 2-軸承 3-曲柄滑塊機構(gòu) 4-一層篩網(wǎng)導(dǎo)軌 5-一層篩網(wǎng) 6-二層篩網(wǎng) 7-磁化篩網(wǎng)

2 振動篩敲打軸的有限元建模

我們在Creo2.0軟件中建立敲打主軸與敲打桿的三維模型，另存為敲打主軸與敲打桿組件的IGS及單個敲打主軸的IGS檔類型，為導(dǎo)入ANSYS14.0中做模態(tài)對比分析做好準(zhǔn)備。如圖3所示的模型圖，即導(dǎo)入的有限元模型。

3 模態(tài)分析

3.1 模態(tài)分析基本理論

模態(tài)分析旨在使的重要結(jié)構(gòu)避免共振或以特定頻率進行振動，故我們對敲打裝置進行模態(tài)分析。

而對于n個自由度系統(tǒng)，無阻尼自由振動作用力方程的一般形式為：

這樣在系統(tǒng)自由振動中買假設(shè)所有的質(zhì)量都在做簡諧運動，則方程解為：

式中：，-第i個振型的固有頻率和相角；-第i個振型的諸位移的列陣；-第i個振型的位移最大值或振幅矢量。

令。其中：為特征矩陣。

對于振動系統(tǒng)，振幅不全為0，則必有： 即：展開此式得的代數(shù)多項式。因此可解不相等的、、…共n個根，稱此根為特征根，開方后得固有頻率的值。對應(yīng)于每一個特征值的振幅矢量稱為特征矢量，由于各元素比值完全確定系統(tǒng)振動的形態(tài)，所以又稱為第i階主振型或固有振型。

3.2 敲打軸的模態(tài)分析

首先，在模態(tài)分析中材料的泊松比、彈性模量、密度、單元類型都是一些最基本額的參數(shù)，我們依照如表1進行參數(shù)設(shè)置；同時在x=€？.18處施加邊界條件（X=0，Y=0，VY=0，VZ=0）；最后求解時采用蘭索斯法（Block Lanczos）提取前15階模態(tài)。

模態(tài)分析完成之后，我們將單個主軸與敲打軸的各階模態(tài)頻率做一個統(tǒng)計分析，以尋求二者之間的數(shù)量關(guān)系，繪制表2。

依照上述觀察，我們提取單個主軸與敲打主軸的部分階數(shù)（如表2所示）振型圖，以備對比分析，如圖4所示。

（a） 單個主軸1階與敲打軸2階

（b） 單個主軸2階與敲打軸3階

（c） 單個主軸3階與敲打軸8階

（d） 單個主軸4階與敲打軸9階

根據(jù)振型圖我們可以總結(jié)出以下四點結(jié)論：

（1）對于本新型振動篩分機來說，篩分振動頻率30HZ，而由模態(tài)分析可得最低的固有頻率即為436.28HZ，工作的篩分頻率遠小于固有頻率，所以敲打裝置的設(shè)計是比較合理的。

（2）對于敲打軸與單個主軸相近頻率振型的對比分析，可知當(dāng)固有頻率相近時，兩種分析結(jié)果的振型形態(tài)極為相近，振動幅值的極值也極為相近，可以猜想組件與零件的振型只與固有頻率有關(guān)。

（3）對于敲打裝置的變形情況來說，通過觀察振型圖，發(fā)現(xiàn)其主要有彎曲和扭轉(zhuǎn)兩種變形，對于單個主軸來說，在1階和2階固有頻率下，主要發(fā)生彎曲變形，軸的中部變形量最大；在3階和4階固有頻率下，主要發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，其中部以及敲打桿安裝孔附近的變形量最大。

（4）通過觀察敲打軸的振型圖，可以猜想敲打桿的變形量的大小與單個主軸的變形量是否存在反比關(guān)系。

4 結(jié)語

（1）進一步探究敲打桿與單個主軸變形量之間的內(nèi)在關(guān)系。

（2）通過敲打軸與單個主軸的模態(tài)對比分析，我們確認了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的合理性，同時為后續(xù)的整機動力學(xué)分析以及優(yōu)化改進奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 孟玲琴，王志偉，厲云娜，等.雙質(zhì)體自同步直線振動篩分機動力學(xué)分析[J].煤礦機械，2005（4）：57-59.

[2] 李冰.生活垃圾深度分選及設(shè)備優(yōu)化組合技術(shù)研究[D].上海：同濟大學(xué)，2006.

[3] 陸金新，劉初升，聶金柱.振動篩分過程中單個篩桿的運動特性分析[J].煤礦機械，2008（2）：60-62.