谷物联合收割机脱粒机机架有限元分析及优化

摘要

脱粒机机架是谷物联合收割机上重要的承载装置，承载着来自脱粒系统、清选系统、底盘系统的各种载荷及所引起的振动。因此，机架具有良好的结构特性对整个收割机的产品质量有着重要意义。随着现代制造业的发展，对收割机的性能要求越来越高，传统的设计分析方法有很大的局限性，很难满足现代农业机械的设计要求。随着有限元技术的不断发展，为我们解决此类问题提供了十分有效的方法。运用有限元法，能够全面的对相关产品进行全面的分析与评价，有助于提升研发效率，确保产品的质量与可靠性。有限元法在国外已得到了广泛的运用。
　　本文以星光公司某型号的谷物联合收割机为研究对象。根据其实际结构，运用Pro/E软件建立机架的三维模型，并通过与有限元分析软件ANSYS Workbench的接口，将模型导入有限元分析软件中，建立机架的有限元模型。对机架进行有限元静力学分析，研究了收割机各个装置之间的动力传递路线，计算了由齿轮传动、齿链传动所产生的附加载荷。结合各装置的实际安装位置，机架的约束条件，确定了机架静力学分析的边界条件。对机架的静态分析或得了机架的应力、及变形的分布情况，对机架进行静强度校核，发现机架静强度满足使用要求，但强度富余量不大。
　　在静力学分析的基础上，采用拓扑优化方法对机架进行优化，在确保机架强度的条件下，以机架质量为优化目标函数，此方法能有效减少机架不必要的质量，为以后的机架设计提供了参考方向。
　　对机架进行有限元模态分析与试验模态分析。以有限元模态分析结果指导试验模态分析，既充分利用了有限元模态分析便捷、高效的特点，又通过试验模态验证了计算模态的正确性与有限元模型的合理性。
　　运用有限元分析软件中的模态分析模块，对机架进行了带预应力的模态分析，它更能反映出机架在实际工况下的模态特性。分析结果展示了机架前六阶的固有频率、振型云图与最大振动变形量。并与发动机、脱粒滚筒、路面激励等外部激励频率进行对比，验证机架是否能有效避免振动发生。
　　对机架进行试验模态分析，建立了模态试验测试系统，采用时域法识别了机架的模态参数。将试验结果与有限元分析结果进行比对，对固有频率的比对是采用误差分析法，经计算，误差在许可范围内。对振型的比对是直观比较法，两者振型具有相似性。与星光公司实际机型对比，结果表明有限元分析结果具有较高的可信度，有限元模型合理。
　　本文的研究结果为分析收割机机架的静态特性、动态特性、结构优化奠定了基础，更深一步的多目标函数优化，结构瞬态分析等，可以此为基础进一步深入进行。此外，对收割机企业的产品生产也具有一定指导意义。

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第一章 绪 论

1.1研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3主要研究内容

第二章 有限元理论及应用软件介绍

2.1有限单元法基本理论

2.2有限元应用软件介绍

2.3本章小结

第三章机架静力学分析

3.1建立机架的三维模型

3.2建立机架有限元模型

3.3分析结果

3.4拓扑优化设计

3.5本章小结

第四章 机架有限元模态分析

4.1模态分析基本理论

4.2分析流程

4.3模态分析结果

4.4本章小结

第五章 实验模态分析

5.1模态试验测试系统的建立

5.2测点的布置与激励点的选择

5.3试验数据采集

5.4模态试验结果

5.5与有限元分析结果对比

5.7本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

个人简介

攻读学位期间发表的学术论文