张娜+++陈庆兵+++陈科+++潘仁吉+++徐洲
摘 要：在旱地插秧机动力系统中，连接轴连接主轴和后续系统的动力传动。因此，确定连接轴的固有频率和振型有利于后续动力系统的优化设计。对连接轴进行模态分析，研究其固有频率的影响。采用NX对移栽机的机架和连接轴建立三维模型，将模型导入ANSYS Workbench模块。在Workbench中对连接轴进行网格划分，并对其进行模态求解，得出前6阶固有频率和振型。通过分析其固有频率，避免工作时连接轴与发动机发生共振。
关键词：模态分析；Workbench；旱地插秧机连接轴
2 动力系统的结构
旱地插秧机动力系统传动机构如图1所示。主动轮4位于连接轴上，传送带3使分苗系统从动轮带动分苗系统主轴转动，从而实现分苗系统的运行。为了保证分苗系统的稳定运行，要求连接轴具有良好的稳定性，保证传送带在工作过程中始终张紧。在传动轴齿轮与连接轴齿轮相互啮合的过程中，由于齿轮转速的不同，可能会引起连接轴共振，从而影响分苗系统的稳定运行。
3 连接轴有限元网格划分
NX具有完善的建模功能，并且可以将模型导入ANSYS Workbench。在UG中将连接轴按尺寸建模，为简化计算，忽略键槽和轴肩倒角，并另存为stp格式。导入到ANSYS Workbench，并设置单位为mm。
设置连接轴材料为45钢，45号钢密度7890kg/m3，泊松比0.269，弹性模量209000GPa，其余采用structural steel的默认值。划分网格时，在“details of mesh”中修改网格参数。在“Relevance”栏中移动滑块到100，在“Element size”中设置为“5.e-003m”将“sizing”中“use advanced size function”设置为fine。其余采用默认值。
4 施加约束
在对模型施加载荷约束时，应按实际情况进行，这样才能保证计算结果的可靠性和准确性。根据实际情况加载的位置在传动轴两端施加固定约束。
5 模态分析
模态分析的目的在于确定结构的振动特性。在ANSYS Workbench的分析过程中，假定模型是线性的，不考虑结构阻尼影响。在对前面静态结构分析的连接轴的基础上，对其进行模态计算，在ANSYS Workbench的Model模块中得到了连接轴各阶固有频率及其相应的振型。一般情况下不必求出全部固有频率和振型，而应当着重考虑连接轴工作条件下所涉及的频率，低阶固有振型要比高阶振型对连接轴传动的振动影响大，故本文关心的是低阶模态，提取前6阶振型云图，其前6阶各阶模态频率如表1所示。
由表1分析得出：
（1）连接轴的最小频率为599.35HZ，前六阶频率最高为1620.2HZ，因此在发动机启动时，共振现象不可避免。
（2）农用柴油机转速一般在1500到2500r/min，因此前六阶模态不能充分分析与发动机的共振问题。
（3）模态振型分析。经分析前两阶的模态振型，可以看出连接轴左端较细部分产生较大的振动幅度，因此其是旱地插秧机连接轴的薄弱部分。
6 结束语
本文以NX对移栽机的机架和连接轴建立三维模型，将模型导入ANSYS Workbench模块。在Workbench中对连接轴进行网格划分，并对其进行模态求解，得出前6阶固有频率和振型。通过分析其固有频率，同发动机工作转速比较，确认连接轴固有频率与发动机工作转速重合较大，需进一步对连接轴结构进行优化。
参考文献
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