基于ANSYS Workbench的連接軸模態(tài)分析

張娜+++陳慶兵+++陳科+++潘仁吉+++徐洲

摘 要：在旱地插秧機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中，連接軸連接主軸和后續(xù)系統(tǒng)的動(dòng)力傳動(dòng)。因此，確定連接軸的固有頻率和振型有利于后續(xù)動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)連接軸進(jìn)行模態(tài)分析，研究其固有頻率的影響。采用NX對(duì)移栽機(jī)的機(jī)架和連接軸建立三維模型，將模型導(dǎo)入ANSYS Workbench模塊。在Workbench中對(duì)連接軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并對(duì)其進(jìn)行模態(tài)求解，得出前6階固有頻率和振型。通過(guò)分析其固有頻率，避免工作時(shí)連接軸與發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生共振。

關(guān)鍵詞：模態(tài)分析；Workbench；旱地插秧機(jī)連接軸

2 動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

旱地插秧機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1所示。主動(dòng)輪4位于連接軸上，傳送帶3使分苗系統(tǒng)從動(dòng)輪帶動(dòng)分苗系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)分苗系統(tǒng)的運(yùn)行。為了保證分苗系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，要求連接軸具有良好的穩(wěn)定性，保證傳送帶在工作過(guò)程中始終張緊。在傳動(dòng)軸齒輪與連接軸齒輪相互嚙合的過(guò)程中，由于齒輪轉(zhuǎn)速的不同，可能會(huì)引起連接軸共振，從而影響分苗系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 連接軸有限元網(wǎng)格劃分

NX具有完善的建模功能，并且可以將模型導(dǎo)入ANSYS Workbench。在UG中將連接軸按尺寸建模，為簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略鍵槽和軸肩倒角，并另存為stp格式。導(dǎo)入到ANSYS Workbench，并設(shè)置單位為mm。

設(shè)置連接軸材料為45鋼，45號(hào)鋼密度7890kg/m3，泊松比0.269，彈性模量209000GPa，其余采用structural steel的默認(rèn)值。劃分網(wǎng)格時(shí)，在“details of mesh”中修改網(wǎng)格參數(shù)。在“Relevance”欄中移動(dòng)滑塊到100，在“Element size”中設(shè)置為“5.e-003m”將“sizing”中“use advanced size function”設(shè)置為fine。其余采用默認(rèn)值。

4 施加約束

在對(duì)模型施加載荷約束時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況進(jìn)行，這樣才能保證計(jì)算結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。根據(jù)實(shí)際情況加載的位置在傳動(dòng)軸兩端施加固定約束。

5 模態(tài)分析

模態(tài)分析的目的在于確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性。在ANSYS Workbench的分析過(guò)程中，假定模型是線(xiàn)性的，不考慮結(jié)構(gòu)阻尼影響。在對(duì)前面靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析的連接軸的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，在ANSYS Workbench的Model模塊中得到了連接軸各階固有頻率及其相應(yīng)的振型。一般情況下不必求出全部固有頻率和振型，而應(yīng)當(dāng)著重考慮連接軸工作條件下所涉及的頻率，低階固有振型要比高階振型對(duì)連接軸傳動(dòng)的振動(dòng)影響大，故本文關(guān)心的是低階模態(tài)，提取前6階振型云圖，其前6階各階模態(tài)頻率如表1所示。

由表1分析得出：

（1）連接軸的最小頻率為599.35HZ，前六階頻率最高為1620.2HZ，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，共振現(xiàn)象不可避免。

（2）農(nóng)用柴油機(jī)轉(zhuǎn)速一般在1500到2500r/min，因此前六階模態(tài)不能充分分析與發(fā)動(dòng)機(jī)的共振問(wèn)題。

（3）模態(tài)振型分析。經(jīng)分析前兩階的模態(tài)振型，可以看出連接軸左端較細(xì)部分產(chǎn)生較大的振動(dòng)幅度，因此其是旱地插秧機(jī)連接軸的薄弱部分。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文以NX對(duì)移栽機(jī)的機(jī)架和連接軸建立三維模型，將模型導(dǎo)入ANSYS Workbench模塊。在Workbench中對(duì)連接軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并對(duì)其進(jìn)行模態(tài)求解，得出前6階固有頻率和振型。通過(guò)分析其固有頻率，同發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速比較，確認(rèn)連接軸固有頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速重合較大，需進(jìn)一步對(duì)連接軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]孫黎，王春秀，王紅燕.基于ANSYS的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱低速軸的模態(tài)分析[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2013（9）.

[2]尹長(zhǎng)城，馬迅，陳哲.基于ANSYS Workbench傳動(dòng)軸的模態(tài)分析[J].湖北汽車(chē)工程學(xué)院報(bào)2013（1）.

[3]王迪迪，宋新旺，陳福祥，等.基于ANSYS Workbench傳動(dòng)軸模態(tài)分析[J].煤炭技術(shù)2015（9）.