CATIA的烟秆清理机架模态分析范文

《福建农机杂志》2014年第二期

1CATIA模态分析

将烟秆清理机机架三维实体模型导入CATIA模态分析平台进行模态分析，步骤如下[7]：1）为了减小计算量，将烟秆清理机机架三维实体模型进行适当简化；2）赋予材料属性，如图1所示；3）进入CATIA【分析与模拟】模块中的【基本结构分析】子模块，选择分析类型为自由频率分析；4）利用【分析依附】工具条中的【一般分析连接】创建各零件的连接关系，并通过【修剪面连接性质】中的【系紧连接】来赋予连接关系的特性，如图2所示；5）对机架进行网格划分，采用四面体线性棱边单元，适当调整网格大小；6）设置模态分析阶数为10阶；7）检查模型，计算求解。

2模态分析结果

网格划分如图3所示，节点总数为21353个，单元总数为62707个。模态求解后，采用【米赛斯应力】来显示仿真结果。前10阶模态振型如图4所示，前10阶模态固有频率如表1所示。从图4和表1中可以看出，由于是自由模态分析，在机架的模态振型中，前6阶为刚体模态，固有频率约为0Hz，主要是x、y、z方向的移动和转动，应力主要集中在底盘传动箱、挂接框架、扶手架、限深轮架，且应力较小。从第7阶到第10阶振型，机架的变形和应力较大：第7阶模态振型为扶手架的应力变形；第8阶模态振型为右侧传动箱的应力变形；第9阶和第10阶模态振型为扶手架和限深轮架的应力变形。

3共振检验

烟秆清理机在田间工作时，其机架受到发动机和田地激振。烟秆清理机机架在额定工作状态，即发动机转速3600r/min下的振动工作频率为f0=3600/60=60Hz。根据要求，工作频率要远离固有频率±10%[6]。从表2中可知，第7阶的固有频率最接近60Hz，故选其进行分析。工作频率与固有频率的比较结果如表2所示，从表3中可以看出，工作频率与第7阶固有频率的相差率远大于10%，故不会引起共振。田间工作时，轮胎对振动的高频部分有衰减作用，故从田地传到烟秆清理机机架的振动主要是0~15Hz的低频随机振动[9]。烟秆清理机刀具设计转速低于350r/min，在工作行走过程中田地对机架产生的激振频率也远离工作频率，故田地对烟秆清理机机架的激振不会引起共振。

4结论

通过对烟秆清理机机架进行前10阶自由模态分析，发现其前6阶为刚体模态，第7阶到第10阶为机架的主要变形；烟秆清理机机架在田间工作时，受到发动机和田地的激振，通过共振检验，烟秆清理机机架在额定状态工作时不会引起机架共振，符合工作要求；通过烟秆清理机机架前10阶模态固有频率和振型可以直观的显示其薄弱环节，为进一步改进机架提供了理论依据。

作者：郑文鑫方文熙张德晖施火结赵芳伟蔡良锥单位：福建农林大学机电工程学院福建省农业机械鉴定推广总站