谷物联合收获机方向盘总成的模态分析与结构优化

发布时间：2021-10-27 14:36

　　以某谷物联合收获机方向盘总成为研究对象,基于Pro/E软件建立其几何模型,采用有限元分析软件（ANSYS）对方向盘组合体模型进行模态分析。结果表明,模型第一阶固有频率为44.005Hz,位于人手敏感振动频率范围37.5～65.0Hz,对操作人员身体健康具有较大影响。为了调整组合体模型的固有频率以避开人手的敏感频率范围,在将方向盘骨架材料更换为45钢的基础上,通过增大转向柱和传动轴的直径对组合体进行结构优化。优化后组合体模型第一阶固有频率由44.005 Hz提升至67.31 Hz,避开了人手敏感的振动频率,同时也避开了发动机激振频率。结构优化后的模型可避免共振现象的发生,并提升作业人员的操作舒适性。 

【文章来源】：华中农业大学学报. 2020,39(03)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

收获机转向系统三维几何模型

2）方向盘组合体有限元分析模型的建立。基于ANSYS Workbench平台，通过模型导入、材料属性定义以及网格划分等步骤建立方向盘组合体有限元分析模型。本研究中，由于PVC（聚氯乙烯）具有良好的机械性能，因此，PVC可作为方向盘主要材料[8]，而转向柱、传动轴与十字万向节选用45号钢作为主要材料。其中PVC的密度为1.19×10-6kg/mm3，泊松比为0.38，弹性模量为3 140～3 690MPa，本研究取弹性模量为3 140MPa;45号钢的密度为7.8×10-6 kg/mm3，泊松比为0.3，弹性模量为2.1×105 MPa。网格划分是后续进行架板静力学计算与模态分析的关键环节，网格数量的增加会提高分析结果的准确性，但同时也会增加计算量，因此，划分时需要将网格数量控制在合适范围内。本研究采用自动网格划分法对组合体三维几何模型进行网格划分离散化处理[9-10]，结果如图2所示。方向盘组合体有限元分析模型的网格节点数为11 968，单元数为4 665，平均网格质量为0.728 02，划分效果较优。1.2 方向盘组合体的模态分析

方向盘组合体前六阶固有频率及振型描述如表1所示。由于路面不平引起的激励频率多在20Hz以下[11]，由分析结果可知，方向盘组合体第一阶固有频率44.005 Hz。因此，路面激励频率对方向盘振动影响较小。人手的敏感振动频率$一般为50Hz[12]，但当频率处于0.75w～1.3w时，即频率为37.5～65Hz时，人手对该频率范围的振动也会较为敏感[13-14]，组合体模型第一阶固有频率为44.005Hz，位于人手敏感振动频率范围；同时，由于方向盘组合体振动主要来源于发动机的振动，因此，需要计算发动机的振动频率。由某谷物联合收获机的整机基本参数可知，发动机转速为2 200r/min；由于六缸发动机相对四缸发动机可以获得更大的功率提升，平衡性能也更好，因此，本研究选用六缸发动机作为研究对象，故发动机缸数为6，则通过计算可得发动机振动频率f为110Hz。由表1可知，组合体模型的前六阶固有频率均未接近发动机振动频率，因此不会发生共振。2 结果与分析

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于模态的联合收获机车身框架振动特性分析与结构优化[J]. 刘爽,徐红梅,周杰,钟文杰,刘海悦.  华中农业大学学报. 2018(03)
[4]汽车方向盘怠速振动优化方法研究[J]. 夏洪兵,李灿,邓江华,崔华阁.  汽车工程学报. 2017(02)
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[7]基于DOE的方向盘总成优化分析[J]. 王骁贤,雷秀军,范乃吉,竺长安.  机械与电子. 2013(03)
[8]基于传递路径分析的怠速工况下转向盘振动路径识别及改进[J]. 慕乐,周鋐.  汽车技术. 2011(04)
[9]利用白车身振动模态试验对车身动态设计的评价与分析[J]. 麻海舰,周鋐.  噪声与振动控制. 2007(04)

硕士论文
[1]小型可移动式树枝粉碎机关键部件的研究[D]. 夏雄.华中农业大学 2014



本文编号：3461804