基于有限元法宽重型地毯织机耦联轴系动态特性分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

宽重型地毯织机耦联复合轴 系结构非常复杂，-般由多平行轴经多组连杆驱动机构耦联而成，其中每个平行轴又是由单跨轴通过联轴器组成的多跨轴系统，轴系承受多点交变动载荷。地毯的织造质量主要撒于地毯簇绒机主轴系统的运动平稳性和动力学特性。若主轴系统振动，会引起地毯毯面不平，绒高不到位，甚至可使针钩的成圈动作失调或毯面无绒圈而产生废品，大大降低纺织机械可靠性，影响产品生产效率u J。

本文就以宽重型地毯织机耦联复合轴系为研究对象，采用有限元建模法对耦联轴系动态特性进行分析，包括固有频率、阻尼特性和对应于该固有频率振型、机械在动载荷下的响应等，为地毯簇绒机的高速化研究及优化改进设计提供理论依据。

1有限元分析基本原理将模型离散为有限数量的单元体，并在每个单元中设定有限数量的节点，通过弹性力学分析获得振动系统在笛卡儿坐标系中的运动微分方程口 ：[jl X)[C]文)Ix](x) ( )) (1)式中，[M]、[c]和 [K]分别为弹性系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，均为n阶方阵；n为节点自由度数；爻)、文)和x)分别为加速度向量、速度向量和位移向量；，( ))为动激励载荷向量。

在实际工程中，结构的固有频率和振型与所受外力无关，而小阻尼对固有频率和振型影响不大。因此常用无阻尼自由度振动方程求解结构的固有频率和振型，式 (1)简化为：D ㈤-I-[ x)0 (2)任何弹性体的自由振动都可以分解为-系列简谐振动的叠加，式 (2)的简谐振动特解为：) (cosa)t0) (3)式中， 为 自由振动时结构各节点的振幅向量～式 (3)代入式 (2)，可得： )∞ ) (4)( -CO M )f 0 (5)在结构自由振动时，结构各节点的振幅 不全为零，所以可得到结构自振频率方程，即：I -∞ [ )l0 (6)由于结构离散后有n个自由度，则[网和[M 都是n阶方程，求解就可以得到n阶固有频率∞ 、co2、co3、、con，且有∞1

设振动系统的载荷与响应为谐激励载荷，载收稿日期：2012-09-05项目基金：国家自然科学基金(51 175075)；上海市教委重点项目(1 1ZZ58)作者简介：叶景宇 (1987-)，男，安徽宣城人，硕士，主要从事转子动态特性研究工作。

第35卷 第1期 2013-01(下) 1 l lI8 化荷与响应的表达式为：) axe k在ansys有限元分析过程中，具体参数设定过(7) 程如下：X) maxe] ejm (8)激振频率 Q是指加载时产生的频率。如果几个不同相位的载荷同时发生激振，将会产生-个力相位变换 ；如果存在阻尼或力的相位变换，将会产生-个位移相位变换 ～式(7)和式(8)实部与虚部的分离，代回式 (1)，可得：(-Q [ ] Q[c][ ]) ： 代入系统所承受简谐载荷 ，求解该矩阵方程即可获得谐响应位移 ：。

2轴系建模宽重型簇绒地毯织机耦联轴系是由支撑在箱体上的三根光轴，通过联轴器及四套凸轮连杆驱动机构耦合联接而成。

图1地毯簇绒机主轴系统示意图在建模过程中，为便于有限元分析，将螺纹和键槽按实体处理；忽略退刀槽和倒角等局部特征，并将角接触轴承简化为弹性支撑，忽略轴承角刚度。

由于ANSYS建立复杂曲面能力稍差，因此，本文采用 SOLIDWORKS软件建立轴系模型三维实体模型。然后，通过SOLIDWORKS与ANSYS软件的数据接口，将实体模型导入ANSYS有限元软件中，进行网格划分并设定参数。具体的有限元模型如图2所示。

图2 ANSYS耦联轴系有限元模型121 第35卷 第1期 2013-01(下)1)材料参数：主轴的材料为45钢，其弹性模量E211GPa，泊松比0.3，密度P7800km/m 。

2)单元类型：选用8节点的SOLID45三维六面体实体单元。该单元特性具有塑性、蠕性、大变形和大张力等特性。

3)网格划分：采取网格自由划分的方法，兼顾网格划分精度和计算速度的原则，网格划分最终节点数为98313个，单元总数为50180个。

4)边界条件：考虑到其中轴承的弹性对主轴的固有频率的影响，假设每个弹性的支承轴承均有4个均布的弹簧组成。在ANSYS中每个弹簧用-个弹簧阻尼单元Combinl4模拟，为了限制主动轴在轴向方向的移动，在主轴上放置3个轴承的截面处与弹簧相连接的4个主轴上的节点施加约束 (即图3中的T 、1r6、T 、1r8节点)限制其轴向移动。在弹簧的另外-端，也是轴承的外径圆周上 (即图3中的T、T2、T3、T 节点)为完全固接 。

图3 主动轴支承简化模型图由于Combin14的刚度是难以确定，它与轴承的材料、结构和形状等因素有关。取弹簧的刚度为K5 X 10。N/mm，轴承的阻尼为1 170N·s/m。

5)接触类型：在轴系所有摩擦副接触面设定接触类型为No Separation，其他接触面接触类型设为Bonded。

3轴系模态分析ANSYS中提供了七种模态方法，本文采用Block Lanczos法求解。该方法的特点是将结构的振动表达为各阶振型的线性叠加，其中低阶振型对结构的动态特性起决定作用 。通过计算，可得