光纤拉丝机送料机构的有限元模态分析

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Model Analysis of the Feeding M echanism of Fiber Drawing M achineXI Aiting，DUAN Aijie，ZHANG Wentao(College of Electro-mechanical Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022，China)Abstract：Feeding mechanism is a key component of the fiber drawing machine，its structural properties have an impor-tant impact on the accuracy and quality of the drawn fiber.In this paper，the feed mechanism entity assembly model wasbuilt by three-dimensional modeling software UG，at the same time，its modal analysis was calculated according to finite ele-ment analysis software ANSYS Workbench，SO that the natural frequencies and vibration models were obtained.It has beenstudied that the influence of the natural frequencies to feeding mechanism and weak links which makes it happen vibrationwere found out in order to avoid the sympathetic vibration of the machine，as well as provide the basis for the manufacture ofhigh-quality optical fiber。

Key words：feeding mechanism，finite element analysis，modal analysis随着酸溶法工艺制备的光学纤维 (简称光纤)传像束在医疗、工业、军事和航天领域等精密设备上的广泛应用lJ，传递图像清晰度高和准确性好成为光纤制造业追求的目标；因此，光纤加工设备的结构性能对光纤的制造工艺和生产质量起着举足轻重的作用 。

光纤拉丝机是拉制光纤的专用设备 ，送料机构作为拉丝机传送物料 的重要组成部分 ，其 动态特性直接影响着光纤 的拉丝精度 ，并且结构设计的稳定性及送料机构的振动噪声，对拉丝机整体的动态特性也会产生重要影 响。拉 丝机的工作 环境 比较稳定、清洁，通常不会受到外界冲击、污染的干扰；而其主要振源来 自端部电动机的牵引作用 。拉丝机的拉丝速度较低，如果电动机在低速运行的情况下出现振动现象 ，将直接引起光纤丝径的粗细不均，降低所拉光纤 的成 品率 ；所 以，为把振动对拉丝机造成的损失降到最低 ，有必要对其送料机构进行模态分析 ，找到适合其工作的最佳状态。

ANSYS Workbench是将设计、仿真等多种功能集于-身的新-代有限元分析软件，其强大的模拟分析能力为工程领域的研究，提供了强有力的科学依据。本文利用 ANSYS Workbench软件，对送料机构进行模态分析 ，确定 了该机构 的固有频率和振型，为加工出理想的光纤传像束奠定了试验基矗1 模态分析理论基础模态分析 3 是研究机械结构动力特性、振动分析和动态优化设计的常用方法。模态是机械结构的固有振动特性，每-个模态对应相应的固有频率、阻尼比和模态振型。模态分析的实质是-种坐标变换，其 目的是把在原物理坐标系中描述的响应，转换到模态坐标系中来描述。目前，模态分析理论与技术已经在航空航天及机械交通运输等工程领域得到广泛应用。

通常，对-个 N 阶自由度线性结构系统而言，其通用运动方程式为 ：[M]呈)[c1] )E/(1 )-F) (1)式中，[M]、[c]、[K]分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵 ； )、 )、王)分别为位移矢量 、速度矢 量、加速度矢量 ；F( ))为随时间变化的载荷函数。

模态分析就是求解具有有 限 自由度 的无阻尼 、无外载荷状态下，运动方程的模态矢量；所以，模态分析的运动方程式为 ：[M] )[K] )-0) (2)在系统 自由振动中，假设所有的质量均作简谐运动，则方程解的形式为：70 l 《新技术新工艺》设计计算与试验研究设计计算 试验研究单列向心球轴承保持架动力学仿真分析吴志飞 。曹国侯 .许 平 ，罗永生。，张宝勇(1.昆明理工大学 机电工程学院，云南 昆明 650504；2.成都军区工程科研设计所，云南 昆明 650222；3.金 川集团有限公 司，甘肃 金 昌 737104)摘 要 ：以单列向心球轴承的保持架为研 究对象，以多体 系统动力学为理论基础，以虚拟样机技术为平台，利用三维建模软件 SolidWorks建立实体模型 ，通过有 限元软件 ANSYS离散化所建的模 型。在 AD-AMS软件 中，为单列向心球轴承分别建立 1个 多刚体 系统模 型和 1个刚柔耦合 多体 系统模型，探讨 了多体 系统刚柔耦合建模的-般方法，研 究 了保持架对 系统动 态特性的影响 。研 究结果显示，柔性保持 架的阻尼作用吸收了部分能量 ，并抑制 了保持 架的振动，使其受力更小，运转更稳定。

关键词 ：单列向心球轴承；保持架；ADAMS；刚柔耦合中图分类号 ：TH 133.33 文献标志码：ADynamic Simulation Analysis of Single-row Radial Ball Bearing CageWU Zhifei ，CAO Guohou ，XU Ping ，LUO Yongsheng。，ZHANG Baoyong3(1.Kunming University of Science and Technology，Kunming 650504，China；2.Engineering Research DesigningInstitute of Chengdu Military Region，Kunming 650222，China；3.Jinchuan Group Co.，Ltd，Jinchang 737104，China)Abstract：This paper took the single-row radial bali bearing cage as a research object，based on the theoretical founda-tion of the multi-rigid-body system dynamics and platform of virtual prototype，and by using the 3D software SolidW orks，constructed a mode1.There were one multi-rigid-body system model and another coupled multi-body system model estab-lished in ADAM S software.This paper discussed the multi-body system coupled modeling general method，the cage on thesystem dynamic characteristic influence.The results of the study showed that soft cage damping effect absorbed energy andinhibit the cage vibration，which made its stress smaller more stable operation。

Key words：single-row radial ball bearing，cage，ADAMS，rigid-flexible coupling滚动轴承分有和无保持架 2种结构。大型轴承- 般要求承受较大的负荷 ，常在内外滚道 间装满滚动体，故无保持架；而大多数中小型滚动轴承都有保持架。保持架分部分和全部包裹滚动体 2种类型，它是随滚动体运动的轴承零件，用以隔离滚动体，通常还引导滚动体并将其保持在轴承内。滚动轴承工作时，由于滑动摩擦而造成轴承发热和磨损，特别在高温运转条件下，惯性离心力的作用加剧了轴承的摩擦、磨损与发热，严重时会造成保持架烧伤或断裂，致使轴承不能正常工作。因此，对高速情况下的单列 向心球轴承保持架 的瞬态动态性能研究就显得非常重要 。

本文通过使用三维建模软件 SolidWorks、有限元分析软件 ANSYS和多体动力学软件 ADAMS，为单列向心球轴承分别建立 1个多刚体 系统模型 ，以及 1个刚柔耦合多体系统模型，探讨了多体系统刚柔耦合建模的-般方法 ，研究 了刚柔耦合模型对系统动态特性的影响。

l ADAMS刚柔系统建模ADAM S(automatic dynamic analysis of me-chanical systems)是 由美 国 MSC Software公 司开发 的机械系统动力学 自动分析软件 。ADAMS-方面是虚拟样机分析的应用软件 ，用户可以运用该[5]韩静，方亮，孙甲鹏，等.基于 Pro/E与 ANSYS w0RK-BENCH的复杂装配件协同仿真与优化[J].机械设计与制造 ，2010(1)：190-192。

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[7]曾攀，石伟，雷丽萍.工程有限元分析[M].北京：科学出版社 ，2O10。

作者简介：席爱婷 (1989-)，女，硕士研究生，主要从事精密、超精密加工技术等方面的研究 。

收稿 日期：2013年 O1月 04日责任编辑 吕菁《新技术新工艺》设计计算与试验研究 73