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摘 要：利用Creo2.0与ANSYS14.0对自主创新设计的振动筛分机敲打轴与单个主轴进行模态对比分析，验证产品结构创新设计的合理性，同时观察所分析零件的振型分布情况，为产品的后续优化设计奠定基础。
关键词：振动筛分机 单个主轴 敲打轴 模态对比分析
中图分类号：TB535 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）011-021-03
本团队设计的筛分机就单从机械装置而言，我们不仅采用多种振动形式的筛面组合，还增加设计了一种简单而实用的机械结构来增加二层圆振动筛网的振动效率。这个机构我们暂且称为敲打装置。既然是一个创新机构，那么我们对这个装置进行分析研究，对于完善振动筛分机的筛分形式具有重要意义。
1 振动筛分机的核心结构及工作原理
1-振动电机 2-皮带 3-中层筛网链轮 4-皮带 5-机架
如图1所示，振动电机振动的同时通过皮带轮带动二层筛网作圆振动，带动中间敲打轴上的曲柄滑块机构实现一层筛网沿斜面导轨的往复平动，带动敲打装置（如图2）周而复始地敲打二层筛网。最终，筛分物经过三层筛分网面（最后一层磁化筛网是为了筛分骨料中的金属网），得到预期的筛分效果。
1-敲打轴 2-轴承 3-曲柄滑块机构 4-一层筛网导轨 5-一层筛网 6-二层筛网 7-磁化筛网
2 振动筛敲打轴的有限元建模
我们在Creo2.0软件中建立敲打主轴与敲打杆的三维模型，另存为敲打主轴与敲打杆组件的IGS及单个敲打主轴的IGS档类型，为导入ANSYS14.0中做模态对比分析做好准备。如图3所示的模型图，即导入的有限元模型。
3 模态分析
3.1 模态分析基本理论
模态分析旨在使的重要结构避免共振或以特定频率进行振动，故我们对敲打装置进行模态分析。
而对于n个自由度系统，无阻尼自由振动作用力方程的一般形式为：
这样在系统自由振动中买假设所有的质量都在做简谐运动，则方程解为：
式中：，-第i个振型的固有频率和相角；-第i个振型的诸位移的列阵；-第i个振型的位移最大值或振幅矢量。
令。其中：为特征矩阵。
对于振动系统，振幅不全为0，则必有： 即：展开此式得的代数多项式。因此可解不相等的、、…共n个根，称此根为特征根，开方后得固有频率的值。对应于每一个特征值的振幅矢量称为特征矢量，由于各元素比值完全确定系统振动的形态，所以又称为第i阶主振型或固有振型。
3.2 敲打轴的模态分析
首先，在模态分析中材料的泊松比、弹性模量、密度、单元类型都是一些最基本额的参数，我们依照如表1进行参数设置；同时在x=€？.18处施加边界条件（X=0，Y=0，VY=0，VZ=0）；最后求解时采用兰索斯法（Block Lanczos）提取前15阶模态。
模态分析完成之后，我们将单个主轴与敲打轴的各阶模态频率做一个统计分析，以寻求二者之间的数量关系，绘制表2。
依照上述观察，我们提取单个主轴与敲打主轴的部分阶数（如表2所示）振型图，以备对比分析，如图4所示。
（a） 单个主轴1阶与敲打轴2阶
（b） 单个主轴2阶与敲打轴3阶
（c） 单个主轴3阶与敲打轴8阶
（d） 单个主轴4阶与敲打轴9阶
根据振型图我们可以总结出以下四点结论：
（1）对于本新型振动筛分机来说，筛分振动频率30HZ，而由模态分析可得最低的固有频率即为436.28HZ，工作的筛分频率远小于固有频率，所以敲打装置的设计是比较合理的。
（2）对于敲打轴与单个主轴相近频率振型的对比分析，可知当固有频率相近时，两种分析结果的振型形态极为相近，振动幅值的极值也极为相近，可以猜想组件与零件的振型只与固有频率有关。
（3）对于敲打装置的变形情况来说，通过观察振型图，发现其主要有弯曲和扭转两种变形，对于单个主轴来说，在1阶和2阶固有频率下，主要发生弯曲变形，轴的中部变形量最大；在3阶和4阶固有频率下，主要发生扭转变形，其中部以及敲打杆安装孔附近的变形量最大。
（4）通过观察敲打轴的振型图，可以猜想敲打杆的变形量的大小与单个主轴的变形量是否存在反比关系。
4 结语
（1）进一步探究敲打杆与单个主轴变形量之间的内在关系。
（2）通过敲打轴与单个主轴的模态对比分析，我们确认了产品结构创新设计的合理性，同时为后续的整机动力学分析以及优化改进奠定了基础。
参考文献：
[1] 孟玲琴，王志伟，厉云娜，等.双质体自同步直线振动筛分机动力学分析[J].煤矿机械，2005（4）：57-59.
[2] 李冰.生活垃圾深度分选及设备优化组合技术研究[D].上海：同济大学，2006.
[3] 陆金新，刘初升，聂金柱.振动筛分过程中单个筛杆的运动特性分析[J].煤矿机械，2008（2）：60-62.
关键词：振动筛分机 单个主轴 敲打轴 模态对比分析
中图分类号：TB535 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）011-021-03
本团队设计的筛分机就单从机械装置而言，我们不仅采用多种振动形式的筛面组合，还增加设计了一种简单而实用的机械结构来增加二层圆振动筛网的振动效率。这个机构我们暂且称为敲打装置。既然是一个创新机构，那么我们对这个装置进行分析研究，对于完善振动筛分机的筛分形式具有重要意义。
1 振动筛分机的核心结构及工作原理
1-振动电机 2-皮带 3-中层筛网链轮 4-皮带 5-机架
如图1所示，振动电机振动的同时通过皮带轮带动二层筛网作圆振动，带动中间敲打轴上的曲柄滑块机构实现一层筛网沿斜面导轨的往复平动，带动敲打装置（如图2）周而复始地敲打二层筛网。最终，筛分物经过三层筛分网面（最后一层磁化筛网是为了筛分骨料中的金属网），得到预期的筛分效果。
1-敲打轴 2-轴承 3-曲柄滑块机构 4-一层筛网导轨 5-一层筛网 6-二层筛网 7-磁化筛网
2 振动筛敲打轴的有限元建模
我们在Creo2.0软件中建立敲打主轴与敲打杆的三维模型，另存为敲打主轴与敲打杆组件的IGS及单个敲打主轴的IGS档类型，为导入ANSYS14.0中做模态对比分析做好准备。如图3所示的模型图，即导入的有限元模型。
3 模态分析
3.1 模态分析基本理论
模态分析旨在使的重要结构避免共振或以特定频率进行振动，故我们对敲打装置进行模态分析。
而对于n个自由度系统，无阻尼自由振动作用力方程的一般形式为：
这样在系统自由振动中买假设所有的质量都在做简谐运动，则方程解为：
式中：，-第i个振型的固有频率和相角；-第i个振型的诸位移的列阵；-第i个振型的位移最大值或振幅矢量。
令。其中：为特征矩阵。
对于振动系统，振幅不全为0，则必有： 即：展开此式得的代数多项式。因此可解不相等的、、…共n个根，称此根为特征根，开方后得固有频率的值。对应于每一个特征值的振幅矢量称为特征矢量，由于各元素比值完全确定系统振动的形态，所以又称为第i阶主振型或固有振型。
3.2 敲打轴的模态分析
首先，在模态分析中材料的泊松比、弹性模量、密度、单元类型都是一些最基本额的参数，我们依照如表1进行参数设置；同时在x=€？.18处施加边界条件（X=0，Y=0，VY=0，VZ=0）；最后求解时采用兰索斯法（Block Lanczos）提取前15阶模态。
模态分析完成之后，我们将单个主轴与敲打轴的各阶模态频率做一个统计分析，以寻求二者之间的数量关系，绘制表2。
依照上述观察，我们提取单个主轴与敲打主轴的部分阶数（如表2所示）振型图，以备对比分析，如图4所示。
（a） 单个主轴1阶与敲打轴2阶
（b） 单个主轴2阶与敲打轴3阶
（c） 单个主轴3阶与敲打轴8阶
（d） 单个主轴4阶与敲打轴9阶
根据振型图我们可以总结出以下四点结论：
（1）对于本新型振动筛分机来说，筛分振动频率30HZ，而由模态分析可得最低的固有频率即为436.28HZ，工作的筛分频率远小于固有频率，所以敲打装置的设计是比较合理的。
（2）对于敲打轴与单个主轴相近频率振型的对比分析，可知当固有频率相近时，两种分析结果的振型形态极为相近，振动幅值的极值也极为相近，可以猜想组件与零件的振型只与固有频率有关。
（3）对于敲打装置的变形情况来说，通过观察振型图，发现其主要有弯曲和扭转两种变形，对于单个主轴来说，在1阶和2阶固有频率下，主要发生弯曲变形，轴的中部变形量最大；在3阶和4阶固有频率下，主要发生扭转变形，其中部以及敲打杆安装孔附近的变形量最大。
（4）通过观察敲打轴的振型图，可以猜想敲打杆的变形量的大小与单个主轴的变形量是否存在反比关系。
4 结语
（1）进一步探究敲打杆与单个主轴变形量之间的内在关系。
（2）通过敲打轴与单个主轴的模态对比分析，我们确认了产品结构创新设计的合理性，同时为后续的整机动力学分析以及优化改进奠定了基础。
参考文献：
[1] 孟玲琴，王志伟，厉云娜，等.双质体自同步直线振动筛分机动力学分析[J].煤矿机械，2005（4）：57-59.
[2] 李冰.生活垃圾深度分选及设备优化组合技术研究[D].上海：同济大学，2006.
[3] 陆金新，刘初升，聂金柱.振动筛分过程中单个筛杆的运动特性分析[J].煤矿机械，2008（2）：60-62.