本文通过运用理论的数值分析方法对联轴器的设计提出改进,并利用有限元分析软件对蛇簧联轴器进行模态分析,确定结构中的振动特性,得出的研究结果为解决蛇簧联轴器的振动现象提供了理论依据,同时模态分析也是结构的动力分析、谐响应分析以及静力试验的基础。
2 蛇簧联轴器的模态分析
本次研究对象为煤矿火力发电中输送皮带机上常用的JS9型蛇簧联轴器,对其进行模态分析就是确定联轴器的振动特性,并可得出蛇簧联轴器在运转中发生共振的条件。
ANSYS Workbench Environment(AWE)作为新一代的仿真环境,提供了许多优秀的系统解决方案。在在AWE里,模态分析流程一般如图2所示:
2.1 联轴器有限元模型建立
JS9型蛇簧联轴器的性能参数如上表1所示,同时为了缩小求解规模并根据联轴器的特点,对几何模型做了必要的简化,主要是去掉模型中较小的倒角、圆角。根据国家标准JB/T8869-2000规定,应用PRO/E构建出JS9联轴器YA100×127/YA100×127三维实体模型,并完成其装配(以联轴器的轴线方向为Z轴)。然后通过PRO/E与ANSYS Workbench的接口,将其导入ANSYS Workbench里,各实体间会自动生成接触对,并选择分析类型为Modal(模态分析)。
2.2 定义材料及网格划分
蛇簧半联轴器由Q235钢制成,该材料的弹性模量为210GPa,泊松比为0.3,密度为7800kg/m3;蛇形弹簧的材料是60Si2Mn弹簧钢,其弹性模量为205GPa,泊松比为0.29,密度为7850kg/m3。
有限元法的基础是用有限个单元体的集合来代替原有的连续体。一般情况下,把三维实体划分为四面体或者六面体单元的网格。在网格划分时,网格数量的多少将影响计算结果的精度和计算规模大小。本次采用四面体单元和六面体单元对联轴器进行网格划分,如图3所示,划分后有29747个节点,10742个单元。
2.3 施加约束
3 结论
本文针对煤矿发电输送皮带机上使用的蛇簧联轴器发生振动的现象,对其进行了振动分析。一方面,从理论数学模型出发,给出了通过改善联轴器振动性能的措施;另一方面,利用有限元分析,在ANSYS Workbench里对其进行了模态分析,计算出前4阶的固有频率以及最大位移量,并进行了各阶振型的深入分析。
在以上分析的基础上,给出以下两个建议:①在联轴器的设计阶段,蛇簧截面的厚度和高度比即h/b应该增加,但是随着转矩变大,这个比值要变小。②要使联轴器的工作转速避开临界转速一定范围,一方面可以更改蛇簧联轴器的型号,选择径向尺寸大 点的联轴器;另一方面,通过变速箱来控制蛇簧联轴器转速在1916r/min以内,同时在材料上可以选择弹性模量大点的材料。这些都有利于改善联轴器的振动。