基于ADAMS的掘进机振动截割头凸轮轴的性能分析

李 薇

（无锡职业技术学院 机械技术学院，江苏 无锡 214121）

振动截割机构是冲击振动掘进机的直接参与截割部分，在稳态截割的同时亦具有振动截割性能。为满足截割机构工作的可靠性和整机的稳定性，凸轮轴作为主要动力轴，必要对其振动截割的性能进行研究。本研究旨在分析75KW振动截割头凸轮轴固有频率和共振情况（模态分析），研究其在截割端的振动情况和疲劳性能，同时，也为重型掘进机截割头的设计提供参考依据和设计经验。

1 凸轮轴的模态分析

凸轮轴承载着凸轮跟随行星轮做高速旋转，并且是振动截割机构中关键的零部件，因此，有必要对凸轮轴的固有频率和振动疲劳情况做一下分析。

为保证计算速度和准确性，本章在PATRAN软件中重新对凸轮轴建立有限元模型。凸轮轴有限元模型采用8节点六面体单元（Hex8），该单元每个节点有3个自由度。定义材料为线弹性材料，材料属性设置为steel，即密度为：7.801×10-6kg/mm3，杨氏模量为：2.07×105N/mm3，泊松比：0.29。

对模型进行模态分析，并将有限元模型保存为“*.mnf”文件，以对凸轮轴做柔性振动分析使用。得到凸轮轴前8阶频率及振型特征如表1所示。

表1 凸轮轴模态分析前8阶频率、振型

经计算得到前8阶振频，从表1可以看出，凸轮轴的固有频率很高，其一阶固有频率为3266.7Hz，远大于振动截割的工作频率（40Hz）。一阶频率振形图如图1所示。

图1 凸轮轴一阶频率振形图

因此，在截割工况下，凸轮轴具有较高可靠性，不会出现由于共振而产生凸轮振动机构的损坏现象。……