水平螺旋输送机槽体的模态分析与优化

础。笔者以水平螺旋输送机为例，运用ANSYS的模态分析方法，比较几种槽体结构的优劣，选出一种较合理的结构型式，在保证满足性能要求的情况下，实现易加工、低成本的目标。计算机技术的迅猛发展为三维建模提供了有利条件，笔者用Solidworks2015软件对4种槽体结构进行三维建模，4种槽体结构取相同坐标系、相同钣金参数、相同结构成型尺寸、相同材料属性，仅结构型式生产工艺不同，见图1。 其中，图1-a中的结构一只是一个简单的U型槽，作为对比项；图1-b中的结构二采用边线法兰的型式作为加强筋，但底板两端没有边线法兰加强，法兰成形宽度30 mm；图1-c中的结构三将U型槽六边均作法兰加强，法兰成形宽度30 mm；图1-d中的结构四根据实际生产情况，将L型角钢焊接在U型槽体上，角钢尺寸为30 mm × 30 mm。以上4种结构板材厚度均为3 mm。 2 槽体有限元模态分析 2.1 模态分析理论 模态分析的首要任务是计算出系统各阶的模态参数，例如系统的固有频率和振型、模态质量或模态刚度以及模态阻尼等[3]。 根据粮食机械设计手册计算得到槽体的主要几何参数[4]，见表1。 在槽体的振动计算中，槽体的固有频率和模态振型是其固有特性，只与结构的刚度和质量的分布有关[5]。分析槽体固有频率和模态振型之间的关系有助于对连杆的结构进行改进，为此，建立水平螺旋输送机槽体的振动微分方程 2.2 有限元实体模型的建立及网格划分 采用Solidworks2015软件对水平螺旋输送机的槽体进行三维实体建模，分别将4组实体模型成功导入ANSYS-Workbench有限元分析软件中，鉴于该槽体所使用的板材为常规Q235，系统材料属性设置为：弹性模量E = 2.06×1011 GPa，泊松比μ = 0.3，密度ρ = 7 800 kg/m3，为保证计算精度、节省计算时间，采用软件默认的网格划分方法，进行高质量网格划分，保证网格平滑过渡[7]，划分产生的实体单元数和涉及的网格节点数见表2。 2.3 模态计算与分析 槽体网格划分完毕后，应用ANSYS-Workbench软件对槽体进行模态分析，因为长距离输送的水平螺旋输送机槽体一般采用多个槽体连接的形式，中间每段槽体与相邻两槽体采用螺栓方式连接，按照自由模态的条件进行分析，不加约束面。求解了系统前12阶固有频率，因为每个零件有6个自由度，前六阶数值会为0或者非常接近于0，此时零件做刚体位移，为刚体模态，不作为研究对象。取后六阶模态作为研究对象。后六阶固有频率及模态振型见第74页表3、表4。某一阶模态振型云图对应的是该阶的振幅和频率云图。