基于ANSYS Workbench的連接軸模態分析

張娜+++陳慶兵+++陳科+++潘仁吉+++徐洲

摘 要：在旱地插秧機動力系統中，連接軸連接主軸和后續系統的動力傳動。因此，確定連接軸的固有頻率和振型有利于后續動力系統的優化設計。對連接軸進行模態分析，研究其固有頻率的影響。采用NX對移栽機的機架和連接軸建立三維模型，將模型導入ANSYS Workbench模塊。在Workbench中對連接軸進行網格劃分，并對其進行模態求解，得出前6階固有頻率和振型。通過分析其固有頻率，避免工作時連接軸與發動機發生共振。

關鍵詞：模態分析；Workbench；旱地插秧機連接軸

2 動力系統的結構

旱地插秧機動力系統傳動機構如圖1所示。主動輪4位于連接軸上，傳送帶3使分苗系統從動輪帶動分苗系統主軸轉動，從而實現分苗系統的運行。為了保證分苗系統的穩定運行，要求連接軸具有良好的穩定性，保證傳送帶在工作過程中始終張緊。在傳動軸齒輪與連接軸齒輪相互嚙合的過程中，由于齒輪轉速的不同，可能會引起連接軸共振，從而影響分苗系統的穩定運行。

3 連接軸有限元網格劃分

NX具有完善的建模功能，并且可以將模型導入ANSYS Workbench。在UG中將連接軸按尺寸建模，為簡化計算，忽略鍵槽和軸肩倒角，并另存為stp格式。導入到ANSYS Workbench，并設置單位為mm。

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

4 施加約束

在對模型施加載荷約束時，應按實際情況進行，這樣才能保證計算結果的可靠性和準確性。根據實際情況加載的位置在傳動軸兩端施加固定約束。

5 模態分析

模態分析的目的在于確定結構的振動特性。在ANSYS Workbench的分析過程中，假定模型是線性的，不考慮結構阻尼影響。在對前面靜態結構分析的連接軸的基礎上，對其進行模態計算，在ANSYS Workbench的Model模塊中得到了連接軸各階固有頻率及其相應的振型。一般情況下不必求出全部固有頻率和振型，而應當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連接軸傳動的振動影響大，故本文關心的是低階模態，提取前6階振型云圖，其前6階各階模態頻率如表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，因此在發動機啟動時，共振現象不可避免。

（2）農用柴油機轉速一般在1500到2500r/min，因此前六階模態不能充分分析與發動機的共振問題。

（3）模態振型分析。經分析前兩階的模態振型，可以看出連接軸左端較細部分產生較大的振動幅度，因此其是旱地插秧機連接軸的薄弱部分。

6 結束語

本文以NX對移栽機的機架和連接軸建立三維模型，將模型導入ANSYS Workbench模塊。在Workbench中對連接軸進行網格劃分，并對其進行模態求解，得出前6階固有頻率和振型。通過分析其固有頻率，同發動機工作轉速比較，確認連接軸固有頻率與發動機工作轉速重合較大，需進一步對連接軸結構進行優化。

參考文獻

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