隨著螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷提高,,為了安全可靠地工作,螺旋輸送機(jī)不僅要滿足靜力學(xué)性能要求,,還要有良好的動(dòng)力學(xué)性能,。螺旋軸作為螺旋輸送機(jī)的關(guān)鍵部件,,其動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)劣對(duì)整機(jī)的動(dòng)態(tài)性能起著非常重要的影響。利用有限元方法在螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真可有效縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,,降低研發(fā)成本,。為研究螺旋輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性,運(yùn)用Abaqus軟件對(duì)螺旋軸進(jìn)行穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析,,分析結(jié)果可為螺旋軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論參考,。
1穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析簡介
穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析是指在用戶指定頻率內(nèi)的諧波激勵(lì)下,計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)的振幅和相位,,得到的結(jié)果是在頻域上的,。Abaqus軟件-有直接穩(wěn)態(tài)、模態(tài)穩(wěn)態(tài)以及子空間穩(wěn)態(tài)三種分析方法,,運(yùn)用模態(tài)穩(wěn)態(tài)方法對(duì)螺旋軸進(jìn)行穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析,。系統(tǒng)在簡諧激振力作用下振動(dòng)時(shí),結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析基本方程,。
2螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
無軸螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu),,它由軸承、端蓋,、出料口,、中間軸、殼體,、進(jìn)料口,、螺旋葉片等構(gòu)成,中間軸軸頭通過兩端軸承支承,傳動(dòng)端軸頭通過聯(lián)軸器與減速機(jī)聯(lián)接,。螺旋軸由中間軸和沿螺旋方向盤繞在中間軸上的葉片通過焊接方式固定在一起,,工作時(shí)依靠中間軸的轉(zhuǎn)動(dòng)促使螺旋葉片推動(dòng)物料流動(dòng)。
3螺旋軸有限元模型的建立
3.1結(jié)構(gòu)模型簡化
設(shè)計(jì)的螺旋軸具有圓角,、孔等細(xì)微特征,,這些特征的存在不利于有限元模型的網(wǎng)格劃分,且對(duì)于分析精度的影響較小,。為了提高分析效率,,降低計(jì)算量,在保證有限元分析精度的前提下對(duì)螺旋軸模型進(jìn)行了以下簡化:
①去除圓角,、孔,、退刀槽等細(xì)微特征。
②采用彈簧單元模擬軸承,,每個(gè)軸承由沿軸承30周圓周方向上的4個(gè)彈簧單元代替,,彈簧一端為螺旋軸上節(jié)點(diǎn),另一端為軸承外圈節(jié)點(diǎn),,彈簧單元的長度等于軸承內(nèi)外圈的距離,。
③整個(gè)模型采用兩組彈簧單元來模擬左、右兩端軸承,,如圖所示,。
④忽略軸承軸向剛度,只考慮徑向剛度對(duì)軸承的影響,。
建立的GL型管式螺旋輸送機(jī)螺旋軸有限元模型所示,,采用六面體單元C3D8R劃分網(wǎng)格,共含6346個(gè)節(jié)點(diǎn)和2946個(gè)單元,。
3.2邊界約束與載荷施加
3.2.1邊界約束
根據(jù)軸承的實(shí)際工作特點(diǎn),,約束螺旋軸左端軸承外圈節(jié)點(diǎn)的全部自由度;約束螺旋軸右端軸承外圈節(jié)點(diǎn)的全部自由度,,內(nèi)圈節(jié)點(diǎn)只約束軸向移動(dòng),。
3.2.2載荷施加
螺旋軸工作時(shí)會(huì)受到周期性的激振力作用,當(dāng)激振力頻率與系統(tǒng)固有頻率相同時(shí),,就會(huì)發(fā)生共振,,使螺旋軸產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。采用穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析可以得到螺旋軸在簡諧激振力作用下的位移和應(yīng)力響應(yīng),,并得到幅頻曲線,。根據(jù)螺旋軸的實(shí)際工作情況,將激振力施加在葉片上,,方向與物料傳輸方向相反,。
4螺旋軸動(dòng)態(tài)特性分析
4.1模態(tài)分析
Abaqus軟件可利用lanczos,、subspace以及AMS3種方法進(jìn)行模態(tài)分析,由于lanczos法具有求解精度高的優(yōu)點(diǎn),,因此在模態(tài)分析中采用lanczos法,,提取了螺旋軸前八階模態(tài),。為螺旋軸前四階振型圖,,表1為螺旋軸前八階固有頻率、對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速以及振型,。
4.2穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析利用
Abaqus軟件對(duì)螺旋軸進(jìn)行穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析時(shí),,要省時(shí)省力得到較為準(zhǔn)確的幅頻曲線,就必須合理確定頻域范圍,,由模態(tài)分析可知螺旋軸一階固有頻率為15.916Hz,,所以選取的頻域分析范圍為0~180Hz。圖8為從螺旋軸左端,、右端,、中點(diǎn)以及左、右兩個(gè)軸承所在的5個(gè)危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)處提取的幅頻曲線,。從圖中可以看出,,幅頻曲線呈波浪形起伏狀,當(dāng)激振力頻率從0Hz增至51.277Hz時(shí),,位移明顯增大,,在51.277Hz處產(chǎn)生了第1個(gè)位移峰值11.1mm;51.277Hz增至69.6Hz時(shí),,位移隨著頻率的增加而減?。唬叮?6Hz增至102Hz時(shí),,位移明顯增大并在102Hz處達(dá)到第2個(gè)峰值5.7mm,;102Hz增至135.8Hz時(shí),位移逐漸減??;135.8Hz增至174Hz時(shí),位移明顯增大并在174Hz處達(dá)到第3個(gè)峰值3.5mm,;174Hz增至180Hz時(shí),,位移逐漸減小。3個(gè)位移峰值對(duì)應(yīng)的激振力頻率分別為50.4Hz,、102Hz以及174Hz,,上述頻率與模態(tài)分析獲得的螺旋軸固有頻率(51.277Hz、106Hz,、178.91Hz)接近,,意味著在這3個(gè)峰值頻率處有共振現(xiàn)象產(chǎn)生,。
分別是共振時(shí)螺旋軸的Mises應(yīng)力云圖,從圖中可以看出,,螺旋軸在激振力頻率為50.4Hz時(shí)最大應(yīng)力為896.1MPa,,102Hz時(shí)最大應(yīng)力為432.6MPa,174Hz最大應(yīng)力為493.2MPa,,最大應(yīng)力均大于螺旋軸材料的許用應(yīng)力295MPa,,最大應(yīng)力點(diǎn)均位于螺旋軸右端軸承支承處。如果螺旋軸長期在共振頻率下工作,,容易導(dǎo)致螺旋軸斷裂,。
5.結(jié)束語
提取WLS無軸螺旋輸送機(jī)螺旋軸前八階模態(tài)的固有頻率和振型,分析結(jié)果表明,,螺旋軸最高工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)小于臨界轉(zhuǎn)速,,正常工作時(shí)能避免產(chǎn)生共振破壞。分析螺旋軸的動(dòng)態(tài)特性,,提?。祩€(gè)危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的幅頻曲線,整個(gè)幅頻曲線呈波浪形起伏狀,,當(dāng)激振頻率達(dá)到50.4Hz,、102Hz以及174Hz時(shí)螺旋軸將發(fā)生共振現(xiàn)象,位移分別達(dá)到11.1mm,、5.7mm,、3.5mm。螺旋軸在3個(gè)共振頻率處的最大應(yīng)力分別為896.1MPa,、432.6MPa,、493.2MPa,最大應(yīng)力均大于螺旋軸材料的許用應(yīng)力,,最大應(yīng)力點(diǎn)均位于螺旋軸右端軸承支承處,。若螺旋軸長期在共振頻率下工作,易導(dǎo)致螺旋軸斷裂,。
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正域環(huán)境依靠成熟的技術(shù),,的產(chǎn)品質(zhì)量加完善的售后服務(wù),產(chǎn)品,,贏得了客戶的好評(píng),,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。多年來公司不斷加大科技投入,,采用專業(yè)生產(chǎn)流程,,主要零部件由專用設(shè)備自動(dòng)化完成,即降低了成本又保證了產(chǎn)品質(zhì)量,。確保了為客戶提供的服務(wù),。
