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振动电机激振的振动筛有限元分析

发布：xxsxdj_ADMIN123 浏览：3027次

基于有限元分析软件ANSYS，对一种用于粮食清理和分级并采用振动电机激振的直线振动筛进行了动力学分析。通过进行模态分析，获得了振动筛筛体的前十五阶固有频率和对应的振型；通过谐响应分析，求出了其工作状态下的动应力分布。该分析对于研究此类振动筛的动态特性提供了一种新的方式，有利于其整体结构设计和制造的现代化。

用于粮食清理和分级的振动筛是粮食筛分机械当中的重要一类。随着粮食产量的不断增加以及粮食加工的日趋规模化和集约化，粮食振动筛正朝着大型化﹑高效率﹑高寿命的方向发展。根据其工作原理，振动筛筛体在强大的激振力交变载荷作用下很容易发生疲劳损坏，而现有的粮食振动筛的设计大多是建立经验和简单的强度计算上的，因而引入**的分析和设计方法势在必行。本文以一种典型的采用振动电机激振的TQLZ型直线振动筛为例，建立了其筛体振动体系的简化三维立体模型，然后利用大型有限元分析软件AN-SYS，对其进行了结构动力学分析。从而在制造之前，对振动筛设计结构的合理性提供了有价值的参考，进而可进行改进优化。

1振动筛有限元模型的建立
1．1振动筛的结构
用于粮食清理和分级的TQLZ型振动筛主要由筛体、进出料装置、传动及支承装置、机架等部分组成。其十分明显的特点是：筛体支承在4个橡胶弹簧上，利用振动电机驱动筛体运动。本文主要针对振动筛中由筛体、振动电机和橡胶弹簧组成的振动系统进行动力学特性分析，其力学模型如图1所示。此类型振动筛筛体主要由壳体、侧板、底板、弹簧支架等组成。两台振动电机安装在筛体的两侧壁上，工作时产生某个方向的激振力，驱动筛体作往复直线运动。橡胶弹簧用来支承和减振，可有效的防止共振，减少对基础产生的冲击。

振动筛结构图

         1．2模型的建立与简化
对于比较复杂的机械系统，模型的建立要与实际的系统完全等效是很困难的。因此，在利用ANSYS软件进行分析的过程中，一般根据分析目的的不同，对建立的模型进行一定程度的简化。针对所讨论的振动筛的特点，筛体的各个部分均采用了shell93单元进行网格划分，用不同的壳单元实常数定义各部位厚度；弹簧的刚度分解成纵向刚度和横向刚度，分别用com-bin14单元进行模拟；振动电机用mass21单元来处理，建立刚化区域，将代表振动电机的质量点刚化于振动电机安装底板上，激振力施加于质量点上。不考虑装于筛体内部的两层筛面和筛体上表面两个观察窗口上的透明面板，略去所有的铆钉孔和铆钉以及固定用的螺栓，忽略所有圆角。
        2振动筛的模态分析
    在进行振动筛的设计时，必须考虑振动现象。由于振动会造成结构的共振或疲劳，从而破坏结构，因此了解结构本身具有的刚度特性即结构的固有频率和振型，就可避免在使用中因共振因素造成的不必要的损失。模态分析主要用于确定结构的振动特性，比如固有频率和对应的各阶振型，它们是结构承受动载荷的重要参数，也是其他各类动力学分析的基础，因此对振动筛进行模态分析是很有必要的。利用ANSYS软件对振动筛筛体的有限元模型进行模态分析，得出了振动筛筛体的前15阶固有频率见表1。

         表1振动筛筛体的模态频率计算结果
模态阶数固有频率（Hz）                 模态阶数固有频率（Hz）
1                 0．92493E－03               9                  38．337
2                 3．8705                           10                 43．693
3                 4．204                              11                147．025
4                 6．8770                            12                58．843
5                 9．2973                            13                63．079
6                 10．175                            14                64．079
7                 31．1                                 15               1571．987
8                 31．373
        该振动筛的激振频率为15．5Hz，介于第6阶和第7阶固有频率之间。与第6阶和第7阶固有频率对应的振型如图2所示。由此可知，在振动筛正常工作时，因为其工作频率均远离*近的第6阶和第7阶固有频率，故避免了产生共振现象。

振动筛原理结构图1

振动筛原理结构图2

3振动筛的谐响应分析
谐响应分析的目的是研究振动筛在简谐激振力的作用下，筛体的动态响应。从而找出其工作状态下的应力分布规律，观察应力水平较高的区域。利用AN-SYS软件对振动筛筛体有限元模型进行谐响应分析，得到了振动筛筛体在激振频率下的应力分布如图3所示。图3中显示出筛体的底部、弹簧支架、振动电机安装底板这几个部位的应力水平较高，*高的地方可达107Pa以上，与实际情况比较吻合。故该分析结果对振动筛结构设计的进一步改进和完善提供了具有价值的参考。

振动电机激振振动筛结构图2

振动电机激振振动筛结构图1
4小结
运用有限元软件对振动筛进行力学分析的研究很多，但基本上都是针对矿山或者冶金使用的振动筛。本文则针对粮食筛分和清理用的振动筛进行研究，以一种典型的采用振动电机激振的直线振动筛为例，利用ANSYS软件，建立了筛体振动系统的有限元模型，并对其进行了动力学分析。通过进行模态分析，获得了振动筛筛体的前15阶固有频率和对应的振型；通过谐响应分析，求出了其工作状态下的动应力分布。从而为粮食筛分机械的现代化设计和研究进行了有益的探索，为进一步研究提供了参考。