基于ANSYS+Workbench的烟包机推包机构模态分析

第8期 2011年8月 机械设计与制造 MachineryDesign&Manufacture 109 文章编号：1ool一3997(201I)08一0109一02 基于ANSYSWorkbench的烟包机推包机构模态分析 李杰曹西京郑昊 (陕西科技大学机电工程学院，西安710021) MOdaIanaIysisfOrpushingmechanismOftObaccOpackingmachlnebased OnANSYSWOrkbenCh UJie，CAOXi-jing，ZHENGHao (Sch00lofMechatmnicEngineering，ShaanxiUniversityofScience&Technology，Xi’an71002l，China) 【摘要】烟包机是包装行业中重要的包装机器之一，随着们对香烟需求量的增加，香烟生产厂对 烟包机的速度要求越来越高。由于振动会造成结构的共振或疲劳，从而破坏结构，所以针对烟包机推包 机构高速运动时容易产生振动的问题进行研究，分析推包机构主要部件平面沟槽凸轮，利用P舳建立 平面沟槽凸轮实体模型，然后导入workbench软件中进行自由模态分析和约束模态分析，求出其振动 特性，为推包机的优化设计提供了必要依据。 关键词：Workbench；烟包机；平面沟槽凸轮；模态分析 【Abstract】％6伽cop∞硒曙，nac砌粥豇D聊矿￡ki，印。厅硎poc如酊昭，n∞砌馆s流poc后i昭i蒯琊￡侈 A如增加砒￡kiMre∞eo厂如，脚以如rcignre￡把，如e如咖以知r印eed旷￡如，撇硒陀流c酶聪‘把／砬￡o成s 括i，配陀∞e正5incetJ拓口沾，优幻，lmd歹ca榔esfrw￡“陀resonnnceor知ig凇，t^es￡r“c￡z正陀mdy6ed昼s￡ro妒d，流 f矗豇c傩P蜥eF为r以幻凡pr06如mc伽sed6)，，l劬—印eedp邯^i，够，聊c7胁括m旷细6僦cop仳先ingr黼^i，le括 s￡配妣d，￡kpz础gro删ec伽砒记JIl豇舭施np硎旷p粥矗叻脱c概厶m蠡碱咖eZ形触P枷es驴埘帆 舭so蒯瑚如f矿pf删grD鲫Pc啪蠡6“沈，舭n豇豇￡r彻册娩di啪workbenchs驴埘们，机埘矗幻危加e ，加d以四Ⅺ蜘蠡凹以￡，圮形5zr反小，rmd以n，b咖括nreco，，妒如抛正，rrDmt^ea，I咖诂形s以岛f7kt，沾rm面npe咖r一 ，r妍圮e蠡D6￡反聊d，训JIl幻^pM池吼essem矧6∞括如rop砌z拓以幻n如s‘吵矿￡眈pw砌曙，船c7啪厶玑 Keywords：Workbench；TObaccOpackingmachine；Planegr∞Ve咖；Modala舳lysis 中图分类号：THl6文献标识码：A 1引言 随着我国国民经济的发展，人们对香烟需求量的增加，香烟 生产厂对烟包机的速度要求越来越高。而高速运动所产生的振动 现象是烟包机经常遇到的问题，由于振动会造成结构的共振或疲 劳，从而破坏结构，因此对机构做模态分析，了解机构本身具有的 刚度特性即结构的固有频率和振型，将会避免在使用中因共振因 素造成的不必要的损失。 2烟包机推包机构 烟包机推包机构主要是一套凸轮连杆机构，其结构简图，如 图l所示。将烟包机推包机构的三维实体模型做了部分简化后的 二维简图，如图1所示。连杆和关节杆都用直线替代了原有的实 体，推板是用—个矩形块替代。该机构完成的动作主要是将已经 基本包装好的单包香烟从机器内部输送到传送带上，以便进行下 一步整条香烟的包装。图中凸轮与主轴相联，主轴在图中并未标 出，电动机带动主轴和平面沟槽凸轮高速转动；连杆一端的滚子 嵌在凸轮槽中．平面沟槽凸轮的转动带动连杆在一定角度范围内 往复摆动；连杆的另一端与关节杆相联，关节杆又与推板相联，带 动推板在石方向往复运动，完成将烟包推出的动作。在烟包机推 包机构中，平面沟槽凸轮是最重要的构件，其刚度与强度以及动 ★来稿日期：2010-lo-12★基金项目：陕西科技大学研究生创新基金 态特性直接影响着整个推包机构的工作性能和寿命。 图l推包机构简图 3模态分析介绍 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别 方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特 性，每—个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模 态参数可以由计算或试验分析取得，这样—个计算或试验分析过 程称为模态分析。 workbench有限元模态分析用于分析结构的振动特性，即确 定结构的固有频率和振型，它也是谐响应、瞬态动力学分析以及谱 万方数据 110 李杰等：基于ANsYsworkbench的烟包机推包机构模态分析 第8期 分析等其他动力学分析的基础。模态分析的步骤，如图2所示。 建模 (定义单兀类型 材料特性、几何 建模，划分删格 施加载茼和求解 (指定分析类型、 施加约束、固有 频率求解) 扩展模态后处理 (结果处理、振 型图显示) 幽2模悉分析的步骤日 4推包机构workbench有限元模态分析 在烟包机推包机构中，平面沟槽凸轮是最重要的构件。其刚 度与强度以及动态特性直接影响着整个推包机构的工作性能和 寿命。因此对其进行有限元模态分析，得到其10阶固有频率．从 而在实际生产中避免推包机构产生共振。 4．1建立推包机中平面沟槽凸轮有限元模型 主要通过以下4步建立出如图3所示的平面沟槽凸轮的有 限元模型。 (1)采用P"E建立推包机构平面沟槽凸轮的三维模型，通过 从方程命令绘制出其沟槽的轮廓曲线，然后通过拉伸等命令画出 凸轮的实体模型。 (2)将Pro_E建立的凸轮三位实体模型另存为Para蚰lid格式 的文件，导人有限元分析软件worIcbench中。 (3)定义模型的材料特性和单元属性，弹性模量E一200GPa， 泊松比^￡=03．密度P_7850k咖^实体单元S0lid45。 (4)单元网格划分，选择大小为2mm的四面体形状单元对凸 轮模型进行网格划分。 囝3平面掏槽凸轮有限兀模型 4．2自由模态分析及结果 因是自由模态分析，单考虑平面沟槽凸轮本身，所以建立平 面沟槽凸轮有限元模型后，直接点击NewAnalysis下的M0del选 项．设置分析频率的阶数为10，然后点击S0lve求解，得前10阶 固有振动频率和振型模态图。其中前10阶固有振动频率和振型 描述如表I所示。振型模态图仅列出第l阶和第6阶．如图4、图 5所示， 图5第6阶自由振型模态图 表1平面沟槽凸轮自由模态下前10阶固有振动频率和振型 4．3约束模态分析及结果 在实际工作状态中，推包机中平面沟槽凸轮的转动是通过主 轴带动的，凸轮是装在主轴上的，所以工作状态应对平面沟槽凸轮 进行约束分析。在建立好平面沟槽凸轮有限元模型后，对凸轮孔施 加x、y、z三个轴的约束，然后点击NewAnalysis下的Mode】选项． 设置分析频率的阶数为10．．点击solve求解。得凸轮约束状态下前 10阶固有振动频率和振型模态图。其中，前10阶固有振动频率和 振型描述．如表2所示。振型模态图也仅列出第1阶和第6阶，如图 6、图7所示。 表2平面沟槽凸轮约束模态下前10阶固有振动频率和振型 图4第l阶自由振型模态图 图6第J阶有约束振型模态图 万方数据 第8期 2011年8月 机械设计与制造 MachineryDesign＆ Manufacture 文章编号：100l一3997f2011)08—011l一03 风电偏航轴承轮齿的力学陛能研究+ 丁龙建洪荣晶高学海 (南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009) ResearchonmechanicaIpropertiesOfyawbearInggearinwindturbine DINGLo“g-jian，HONGRong_jing，GAOxue—hai (collegeofMechanicalandPawerEn舀nee^“g，Nanji“guniversj2y0fTechnology，Nanji“g2l0009，cKna) 【摘要】风电偏航轴承作为风力发电机组连接塔筒和机舱关键部件，在实际运行中多采用四个小； 齿轮驱动。研究了偏航轴承轮齿在运行中的力学性能，以外齿式偏航轴承为例，考虑了轴承受均载与非{ 均载的情况，利用有限元分析软件ABAQus分别进行了模拟，比较了各种情况下偏航轴承轮齿的受力i 结果，得出结论为轮齿最大弯曲应力发生在主动小齿轮的齿根处，在非均栽状态下偏航轴承轮齿最大{ 齿根弯曲应力和齿面接触应力要比均载情况下大3∞6左右，并且提出了非均栽系数，为设计校核偏航轴j 承提供了参考。 ； 关键词：偏航轴承；ABAQus；非均载 { 【Abst髓ct】y伽k祈愕访埘i蒯fu而i珊括Ⅱ七8yco唧D聊Ⅲs0，埘i蒯￡Ⅱr6i聊酽朋删or3”把m细6e{ con船c￡Pd埘丑^￡o埘er珊以cd6i坞埘^j!c矗括西jⅣen6y如盯ge凹抚me旭耐0Perm抽儿z^e，聊c^ⅡR如耐proPe卜{ ￡如矿lky删如酬昭驴甜厶5￡以话d，bz血i昭，删6e扒增旷。珊e’铲甜∞帆Pz咖p如，￡k∽扣rmf0以i n耐，mn—Hn咖rm如—印P蛳7w。ntkymD6e谢7蜡括∞瑚i如red硼dsim“z疵d阳印ec咖ep川缸^∥n血ee如一{ mem5妒甜删ABAQus．7kn￡k陀5以如帆co”妒c【red，埘^赫^cowfW面n括￡九珊，n础imum6e，以i7曙s￡旭ssl S occu邢ond一口。Pinion￡DD执roDt，￡胁，№ziⅡm6e，以i“gs￡肥5s珊ld‘oo琥／砬ecom伽￡s打ess“nder，mn—uni一{ 如mfD甜拈曲ou￡3(助砌re￡^仉￡血珊un如rHⅡ如肌幻以尼帆‰n加n一“n扣腓f00dco岜疗钰如m如pr0一； posed，t￡，^】[c^pr删i如5口r咖re耻e扣r￡kdes培咒i凡gn蒯ckc后i叼∥y删6e矾蟛 { Keywords：YawB∞ring；ABAQUS；Non_unifo哪l怕d { 中图分类号：1H16文献标识码：A l弓l言 以使风轮始终处于迎风状态，提高风能利用效率⋯，由于风电机组 风力发电机组中的偏航轴承是连接塔筒和机舱的关键部 运行环境复杂，偏航轴承的可靠性将直接影响整个发电机组的运 件，机组通过电机，减速机驱动小齿轮，小齿轮然后驱动偏航轴承 行可靠性，偏航轴承一般采用回转支承，结构有外齿式和内齿式 ★来稿日期：20lo．10_31★基金项目：江苏省工业装备数字制造及控制技术重点实验宦高技术项目(BM20072叭)， 江苏省自然科学基金(Bl(2008374)，江苏省科技支撑(工业)项目(BE2009167)’●⋯⋯⋯⋯’●十^⋯⋯⋯⋯‘⋯⋯⋯⋯⋯一⋯¨^‘●+^■”一 图7第6阶有约束振型模态图 5结论 (”通过对推包机构主要部件平面沟槽凸轮自由模态分析和 约束模态分析对比，可以看出，在自由模态下平面沟槽凸轮振动时 相对位移比较大甚至出现大幅度的扭转和变形．但在约束模态下平 面沟槽凸轮固有频率比较高，振动时相对位移比较小，不容易和其 他机构发生共振，符合实际工作需求。(2)通过对推包机构主要部件 平面沟槽凸轮进行自由模态分析和约束模态分析，得到了其在非工 作状态即自由模态下的前10阶固有频率和工作状况即约束模态 下的固有频率，对以后该机构的优化做了准备。 参考文献 [1]孙军艳．曹西京．汤建明．董良堆垛机的有限元模态分析[J]轻工机 械．2005，23(2)：lo_12 [2]杨志军，刘畅平面凸轮有限元模态分析[J]科技信息，2008(28】 [3]高耀东ANsYs机械工程应用精华30例[M]北京：电子工业出版社． 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Xuhong.Wang Junfa.Ma Liuxuan.Qiu Congyu 基于ANSYS Workbench的S型松土铲模态分析 [期刊论文]-农机化研究2011,33(8) 3. 张行.刘德平.陶征.ZHANG Hang.LIU De-ping.TAO Zheng 基于ANSYS Workbench的CX8075加工中心关键零部件动态性能研究[期刊 论文]-机械设计与制造2011(7) 引证文献(1条) 1.闵加丰.朱海清 基于ANSYS Workbench有螺栓预紧力的冲压法兰的有限元模态分析[期刊论文]-锻压装备与制造技术 2012(1) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxsjyzz201108041.aspx