基于abaqus软件的砂带磨削转盘组件模态分析

摘要：为了验证砂带转盘组件的设计合理性，通过从solidworks中导入模型到abaqus中进行模态分析，计算出转盘组件的各阶模态固有属性，然后以此频率与转动频率比较来避免固有频率与转动频率相近。结果表明转盘的各阶模态均符合设计要求，为砂带的转速控制提供了参考。

关键词：abaqus；模态分析；频率；振型

中图分类号：TG580 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0074-02

1 前言

砂带磨削转盘组件是砂带磨削中最重要的部分，主要用来在末端对钢筋进行去毛刺、粗磨、精磨、抛光、成型磨等工序，转盘组件的合理性设计决定了钢筋在磨削中所得到的质量的好坏。由于在磨削过程中，转盘本身在进行自转的同时，主动轮也带动砂带在各个轮之间进行旋转，在对钢丝进行精磨等过程中为了能够达到要求的精度，则需要对转盘组件进行稳定性的评定，在转盘中稳定性主要受频率的影响，设计的过程中，要避免转盘的固有频率与转动频率相近，这样才能保证整体具有良好的动态特性。

目前在国际市场中，有限元软件主要有abaqus和ansys等，其中abaqus软件的操作界面友好，对静态以及动态分析等在工程应用中较多，所以本文采用abaqus对转盘组件提取前10阶的固有频率及振型的模态进行分析。

2 模态数学模型

3 建立有限元模型

3.1 有限元模型的建立与网格的划分

在此次使用的CAD转盘组件的模型，是通过solidwork建模的，并且将其保存为X_T格式导入到abaqus中进行分析，为了在分析过程中能够更好的得到网格特征以及提高计算精度，使用abaqus中的修补工具对CAD模型进行了小特征的清除，并且对一些在分析过程中不受影响的零件进行了删除。网格划分中，由于模型的组件较多，对网格划分比较复杂，所以采用四面体的自由划分网格的方式，单元采用10节点四面体二次修正单元。网格划分如图1所示。

3.2 材料属性与装配体

在abaqus中，对频率的分析必须对材料的密度进行定义，转盘选用的材料是Q235，其密度为7.86E-9，轴的材料选用为45钢，密度为7.85E-9。装配中需要对各零部件进行定位和约束，abaqus中，在interaction-->create constrain-->tie 下进行绑定约束，其他选择默认设置，在 load模块进行边界条件的设置，转盘在Z周方向是转动的，所以选择rotation进行边界定义，约束其他五个自由度。在频率提取中，载荷是不对频率的分析产生任何影响的，即使定义了载荷，分析过程中也作为零载荷分析。最后提交作业，进行模态分析。

4 模态分析

分析组件过程中采用的是Lanczos算法，这是一种将向量迭代法与Rayleigh-Ritz结合的一种特征值算法。对于同样的问题，相对于子空间迭代法来说要快5～10倍。结构的分振动是由各阶固有频率和对应振动的线性组合，对结构影响较大的频率主要体现在低阶频率中，因此对转盘组件提取前10阶频率进行分析。通过abaqus软件分析计算得到的前10阶的频率与振型如表1所示。

限于篇幅的限制，在这里只给出几阶典型的振型图，如图2所示。

通过上面的各阶频率与振型图可以进行分析，在砂带磨削的系统中，转盘的转动频率可以根据砂带主轴的转动速度得出，根据理论转动速度为600RMP，可以得出转动频率为10Hz，而主动轮带动砂带转动的理论转速为37.58Hz，而上列表中分析所得的第一阶频率为136.84Hz，所以在该组件中，无论是转盘还是传动轴，固有频率都与转动频率相差比较大，所以该组件结构是比较合理的。

5 结语

本文利用abaqus软件，根据上述的数学模型方法，对砂带转盘组件的结构进行模态分析，模拟仿真出转盘组件中转盘与砂带传动轴中的频率与振型，获得较为精确的参数，同时对转动频率与固有频率进行对比分析，为转盘组件在工作状态中转速的调整提供了一定的参考依据，以此避免由于转速调整不当，使得转动的频率与其组件固有频率更加接近。

6 致谢

本课题由2015年贵州贵州民族大学校级项目——《钢丝磨削设备关键技术研究》（编号：15XJS011）支撑。

参考文献

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