烟草输送机中间架的模态仿真

秦皇岛弘和机械有限责任公司 郭必成

烟草输送机中间架的模态仿真

秦皇岛弘和机械有限责任公司 郭必成

本文运用有限元分析的方法，以ZGC．4型烟草输送机的中间架为分析对象，在计算机内存的许可范围内，选择精细的四面体网格，求解出中间架的模态频率以及模态振型。通过多种设计方案的比较，最后决定只增加槽钢的厚度，可以实现在不改动中间架其他零件定位尺寸的前提下，提高中间架的模态频率，使中间架更不易发生共振。

中间架；弯曲振动；模态分析

0 前言

ZGC.4型烟草输送机随着电机转速的提高以及中间架长度的增加，中间架振动和噪声也将快速增加，特别是ZGC.4型中间架在340r/min运转状态下，其中间架弯曲振动加剧，影响烟草输送效率。针对目前存在的问题，本文采用有限元分析的方法，对ZGC.4型中间架振动进行模态分析，并对有限元模型进行相应的修改，并在计算机上进行模拟设计，获得提高中间架固有频率的方法，为具体改进中间架设计提供理论依据。

1 结构简介

中间架为槽钢焊接而成，中间架两侧通过角铁固接在支架上，中间架的中间支撑部分固定电机和偏心轮，中间架的上侧连接振槽，中间架的下侧连接平衡体。轴测图如图1所示。

其主要的结构参数如下：

槽钢的厚度：8.5mm

中间架的长度：3000mm

中间架的高度：160mm中间架的宽度：812mm支撑钢板间距：1860mm中间架的重量：290.9Kg

图1 中间架轴测图

图2 中间架单元划分图

2 有限元模型

为了得到尽可能高的计算精度，有限元建模采用四面体单元[3,4]，只是对细微结构在不影响计算精度的条件下做了适当简化，经过网格划分后共有19791个单元，39438个结点，如图2所示。

3 模态分析

机头是自由端，而角铁和支架焊接在一起，属于固定端，所以在角铁的根部施加约束[5,6]，将根部的位移设置为0。经过软件计算，结构的前四阶模态振型图如图3所示。

图3 中间架前四阶模态振型图

通过有限元软件的计算，一阶固有频率为61.368Hz，一阶振型为中间架的左右摇摆运动，其中摇摆最大位置在中间架的中部。

4 计算机模拟改进设计

从现有的中间架的结构来看，一阶模态振型是中间架中部的左右振动量较大，应增加中间架中部的约束，以减小中间架的振幅。本文通过模拟计算，发现增加中间架的厚度，可以不改变其他结构的定位尺寸，并且加工成本最低。为验证此想法是否可行，用有限元方法进行分析，结果见图4和表1。

图4 改进后中间架前四阶模态振型图

表1 改进前后中间架前四阶固有频率表

从表1结果可知，经过结构改进设计以后，中间架的一阶固有频率提高了，改进前为61.368Hz，改进后为67.05Hz，提高了9.3%，一阶共振不容易发生，保护了中间架上的零部件，为解决生产中振动较大的问题提供了有效的方法。

5 结论

（1）利用有限元软件对中间架进行模态分析，在计算机内存允许的情况下，采用高密度的网格单元，并施加适当的约束，使计算结果与实际情况相吻合。

（2）通过虚拟模拟的方法，对中间架的结构进行改进，找到了提高共振频率的方法，为实际生产中减小振幅过大的问题提供了解决方案。

[1]曹妍妍,赵登峰．有限元模态分析理论及其应用[J]．机械工程与自动化,2007(2):73-74．

[2]梁君,赵登峰．模态分析方法综述[J]．现代制造工程,2006(8):138-141．

[3]袁安富,陈俊．ANSYS 在模态分析中的应用[J]．设计与研究,2007(8):80-82．

Modal Analysis of Tobacco Conveyer’s Middle Shelf

Guo Bicheng
（Qinhuangdao Honhe Machinery Co.，Ltd.，Hebei，066000）

FEA simulation method is applied to Middle shelf of ZGC.4 Tobacco conveyer. The model frequency and model tape are given which constraints with real work conditions are applied to Middle shelf and choosing more precise element and high density of meshing. Making use of the verifi ed FEA model，the simulation constructer design was done in the computer to fi nd methods that can increase the resonance frequency. With the compared of many plans，to increase the thickness of beam steel can increase resonance frequency of beam without other element modifi ed and avoid resonating in Middle shelf of ZGC.4 Tobacco conveyer.

Middle shelf；bending vibration；modal analysis