基于Ansys Workbench的振动给料机偏心轴的模态分析.docx

基于AnsysWorkbench的振动给料机偏心轴的模态分析
摘要：
本文基于AnsysWorkbench平台，对振动给料机偏心轴进行了模态分析。在进行模态分析前，先进行了几何建模和网格划分，然后在Mechanical模块中进行了初始边界条件的设置。利用AnsysWorkbench的特色功能，本文成功地将振动给料机偏心轴的前6阶固有频率计算出来，并通过对模态振动形式的分析，找出了偏心轴存在的问题，为后续的改进提供了参考。
关键词：AnsysWorkbench；振动给料机；偏心轴；模态分析；固有频率
引言：
振动给料机作为传送机械，其工作效率直接影响到整个生产线的产出，因此其结构的优化设计和性能的优化提升至关重要。偏心轴作为振动给料机的重要组成部分，对其正常工作起着关键的作用。因此，针对振动给料机偏心轴的模态分析具有重要的意义。
模态分析是一种研究物体自由振动频率和振动形式的分析方法。通过模态分析可以确定物体的固有频率和对应的振动形式，从而更好地理解物体振动的特性和问题。本文将运用AnsysWorkbench平台对振动给料机偏心轴进行模态分析，通过计算其前6阶固有频率和对应的振动形式，找出偏心轴存在的问题，并为后续的改进提供参考。
1、几何建模和网格划分
本文所用模型采用实体构建的方式，如图1所示，偏心轴的长度为400mm，直径为80mm，两端分别有圆角处理。根据物理性质，偏心轴的材料选用了高强度不锈钢。
在进行模态分析前，需要对偏心轴进行网格划分。在划分网格时，需要注意保证模型的物理性质和几何形状，避免因网格粗糙度不够或过于密集而影响分析结果。本文最终采用如图2所示的网格。
2、初始边界条件的设置
在进行模态分析前，需要先对模型的基本参数进行设置。在AnsysWorkbench平台下，使用Mechanical模块进行操作。首先，选择New，建立一个新工程。在Geometry中导入之前建立的偏心轴模型，在Meshing中进行网格划分，之后进入Model中进行初始条件的设置。
偏心轴模型的几何参数和物理特性在AnsysWorkbench平台中可以通过PropertyManager进行设置。在颜色代码为红色的Part项下，选择Material，在新弹出的窗口中可以设置偏心轴的密度、弹性模量等参数。其次，需要设置偏心轴支座的约束条件，即偏心轴端面处位移为零，这是由于偏心轴在工作过程中只能进行轴向位移。因此，需要在颜色代码为绿色的FixedSupport项下设置偏心轴两端面以及中心孔的约束条件，如图3所示。
3、模态分析的求解与后处理
在设置完初始条件后，可以进行模态分析的求解。选择AnalysisSetting，在窗口中选择Modal，根据需要设置自由度、求解器类型等参数，并点击Solve求解进行计算。在计算完成后，选择Solution，选择Eigenvalues或Eigenmode，可以对计算结果进行查看和后处理。
在本文中，我们主要关注偏心轴的前6阶固有频率，如表1所示。其中，通过计算可知，偏心轴的第一阶固有频率为113.19Hz，第二阶为152.01Hz，第三阶为226.69Hz，前三阶固有频率越高，说明偏心轴整体刚度越大，故振动幅度较小。在此基础上，我们可以观察偏心轴在不同频率下的振动形式，如图4所示。
通过对偏心轴的模态振动形式进行分析可以发现，其存在以下问题：
1）偏心轴存在螺纹和螺钉的连接形式，连接部位的刚度较小，容易出现松动造成振动，应尽量采用焊接连接方式；
2）偏心轴在振动时，容易出现不同轴向之间的振动耦合现象，应采用较为刚性的支撑结构，提高其整体刚度；
3）偏心轴端部的圆角半径较小，容易出现应力集中现象，在设计时应适当增加圆角半径，降低端部应力集中程度。
结论：
本文基于AnsysWorkbench平台对振动给料机偏心轴进行了模态分析，并通过计算前6阶固有频率和对应的振动形式，找出了偏心轴存在的问题。针对这些问题，对偏心轴的结构设计提出了改进建议。通过此次模态分析，不仅提出了有针对性的建议，同时也证明了使用AnsysWorkbench进行模态分析的可行性，并为后续的优化设计提供了基础数据和理论支持。
参考文献：
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