基于abaqus軟件的砂帶磨削轉(zhuǎn)盤(pán)組件模態(tài)分析

摘要：為了驗(yàn)證砂帶轉(zhuǎn)盤(pán)組件的設(shè)計(jì)合理性，通過(guò)從solidworks中導(dǎo)入模型到abaqus中進(jìn)行模態(tài)分析，計(jì)算出轉(zhuǎn)盤(pán)組件的各階模態(tài)固有屬性，然后以此頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)頻率比較來(lái)避免固有頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相近。結(jié)果表明轉(zhuǎn)盤(pán)的各階模態(tài)均符合設(shè)計(jì)要求，為砂帶的轉(zhuǎn)速控制提供了參考。

關(guān)鍵詞：abaqus；模態(tài)分析；頻率；振型

中圖分類(lèi)號(hào)：TG580 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）06-0074-02

1 前言

砂帶磨削轉(zhuǎn)盤(pán)組件是砂帶磨削中最重要的部分，主要用來(lái)在末端對(duì)鋼筋進(jìn)行去毛刺、粗磨、精磨、拋光、成型磨等工序，轉(zhuǎn)盤(pán)組件的合理性設(shè)計(jì)決定了鋼筋在磨削中所得到的質(zhì)量的好壞。由于在磨削過(guò)程中，轉(zhuǎn)盤(pán)本身在進(jìn)行自轉(zhuǎn)的同時(shí)，主動(dòng)輪也帶動(dòng)砂帶在各個(gè)輪之間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在對(duì)鋼絲進(jìn)行精磨等過(guò)程中為了能夠達(dá)到要求的精度，則需要對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)組件進(jìn)行穩(wěn)定性的評(píng)定，在轉(zhuǎn)盤(pán)中穩(wěn)定性主要受頻率的影響，設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要避免轉(zhuǎn)盤(pán)的固有頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相近，這樣才能保證整體具有良好的動(dòng)態(tài)特性。

目前在國(guó)際市場(chǎng)中，有限元軟件主要有abaqus和ansys等，其中abaqus軟件的操作界面友好，對(duì)靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)分析等在工程應(yīng)用中較多，所以本文采用abaqus對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)組件提取前10階的固有頻率及振型的模態(tài)進(jìn)行分析。

2 模態(tài)數(shù)學(xué)模型

3 建立有限元模型

3.1 有限元模型的建立與網(wǎng)格的劃分

在此次使用的CAD轉(zhuǎn)盤(pán)組件的模型，是通過(guò)solidwork建模的，并且將其保存為X_T格式導(dǎo)入到abaqus中進(jìn)行分析，為了在分析過(guò)程中能夠更好的得到網(wǎng)格特征以及提高計(jì)算精度，使用abaqus中的修補(bǔ)工具對(duì)CAD模型進(jìn)行了小特征的清除，并且對(duì)一些在分析過(guò)程中不受影響的零件進(jìn)行了刪除。網(wǎng)格劃分中，由于模型的組件較多，對(duì)網(wǎng)格劃分比較復(fù)雜，所以采用四面體的自由劃分網(wǎng)格的方式，單元采用10節(jié)點(diǎn)四面體二次修正單元。網(wǎng)格劃分如圖1所示。

3.2 材料屬性與裝配體

在abaqus中，對(duì)頻率的分析必須對(duì)材料的密度進(jìn)行定義，轉(zhuǎn)盤(pán)選用的材料是Q235，其密度為7.86E-9，軸的材料選用為45鋼，密度為7.85E-9。裝配中需要對(duì)各零部件進(jìn)行定位和約束，abaqus中，在interaction-->create constrain-->tie 下進(jìn)行綁定約束，其他選擇默認(rèn)設(shè)置，在 load模塊進(jìn)行邊界條件的設(shè)置，轉(zhuǎn)盤(pán)在Z周方向是轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以選擇rotation進(jìn)行邊界定義，約束其他五個(gè)自由度。在頻率提取中，載荷是不對(duì)頻率的分析產(chǎn)生任何影響的，即使定義了載荷，分析過(guò)程中也作為零載荷分析。最后提交作業(yè)，進(jìn)行模態(tài)分析。

4 模態(tài)分析

分析組件過(guò)程中采用的是Lanczos算法，這是一種將向量迭代法與Rayleigh-Ritz結(jié)合的一種特征值算法。對(duì)于同樣的問(wèn)題，相對(duì)于子空間迭代法來(lái)說(shuō)要快5～10倍。結(jié)構(gòu)的分振動(dòng)是由各階固有頻率和對(duì)應(yīng)振動(dòng)的線性組合，對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大的頻率主要體現(xiàn)在低階頻率中，因此對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)組件提取前10階頻率進(jìn)行分析。通過(guò)abaqus軟件分析計(jì)算得到的前10階的頻率與振型如表1所示。

限于篇幅的限制，在這里只給出幾階典型的振型圖，如圖2所示。

通過(guò)上面的各階頻率與振型圖可以進(jìn)行分析，在砂帶磨削的系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率可以根據(jù)砂帶主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度得出，根據(jù)理論轉(zhuǎn)動(dòng)速度為600RMP，可以得出轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為10Hz，而主動(dòng)輪帶動(dòng)砂帶轉(zhuǎn)動(dòng)的理論轉(zhuǎn)速為37.58Hz，而上列表中分析所得的第一階頻率為136.84Hz，所以在該組件中，無(wú)論是轉(zhuǎn)盤(pán)還是傳動(dòng)軸，固有頻率都與轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相差比較大，所以該組件結(jié)構(gòu)是比較合理的。

5 結(jié)語(yǔ)

本文利用abaqus軟件，根據(jù)上述的數(shù)學(xué)模型方法，對(duì)砂帶轉(zhuǎn)盤(pán)組件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，模擬仿真出轉(zhuǎn)盤(pán)組件中轉(zhuǎn)盤(pán)與砂帶傳動(dòng)軸中的頻率與振型，獲得較為精確的參數(shù)，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與固有頻率進(jìn)行對(duì)比分析，為轉(zhuǎn)盤(pán)組件在工作狀態(tài)中轉(zhuǎn)速的調(diào)整提供了一定的參考依據(jù)，以此避免由于轉(zhuǎn)速調(diào)整不當(dāng)，使得轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率與其組件固有頻率更加接近。

6 致謝

本課題由2015年貴州貴州民族大學(xué)校級(jí)項(xiàng)目——《鋼絲磨削設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究》（編號(hào)：15XJS011）支撐。

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