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主要作者及研究机构

本研究由闫俏、王德利和段士伟共同完成。闫俏和段士伟来自安徽工业大学机械工程学院，王德利来自安徽中马磁能科技股份有限公司。研究发表于《机械管理开发》期刊，2023年第3期。

学术背景

本研究的主要科学领域为机械工程，具体涉及振动盘的模态分析和谐响应分析。研究背景是国内永磁铁氧体制造企业仍采用人工上料，自动化水平和生产效率低，劳动强度大，环境恶劣，企业成本高，市场竞争力下降。因此，急需开发一种磁瓦自动上料机构，以提高自动化程度和生产效率。国内外学者对振动盘的振动频率、振动源和结构进行了改进，但现有设备效率不高，结构复杂且输送产品单一。本研究旨在设计一款振动盘自动上料机构，通过模态分析和谐响应分析，优化结构设计，避免共振现象，提高设备使用寿命。

研究流程

1. 理论分析：首先，对磁瓦上料过程中振动盘在螺旋轨道上的受力情况进行理论分析，建立力学模型，推导出产品向前和向后滑动的条件，以及零产品跳跃的条件。
2. 三维建模：利用SolidWorks软件建立振动盘的三维模型，简化不影响整体结构性能的特征和部件，确保模型不会对有限元分析结果产生较大影响。
3. 模态分析：将模型导入ANSYS Workbench软件，进行模态分析，求解前6阶固有频率和振型，分析振动盘的振动特性。
4. 谐响应分析：进行谐响应分析，检测机构在不同频率简谐载荷下的响应，避免共振现象，确保结构在不同频率下正常工作。
5. 有限元分析：对模型进行网格划分，设置约束条件和载荷，求解振动盘的前6阶固有频率和最大变形量，分析应力分布。

主要结果

1. 模态分析结果：振动盘的前6阶固有频率在209.54~934.04 Hz之间，第1阶和第2阶固有频率最接近额定频率220 Hz，振型形态和最大变形量符合实际工作情况。第5阶和第6阶模态时发生的扭转变形较大，最大变形量分别为34.169 mm和33.988 mm。
2. 谐响应分析结果：在激振频率为210~240 Hz之间，振动盘沿x、y、z三个方向的振幅变化明显，最大振幅分别为10.86 μm、77.258 μm、0.189 μm，说明发生了共振。在240 Hz时，最大应力为525.63 MPa，主要分布在料斗底部和板弹簧上部，板弹簧的屈服强度为785 MPa，大于最大应力，验证了设计条件。
3. 有限元分析结果：振动盘的最大变形量发生在上部料盘、托盘和板弹簧的位置，因此在安装和结构设计时，应重点提高板弹簧的强度，增加料盘和托盘的结构强度，避免疲劳损坏。

结论

1. 振动盘的前6阶固有频率在209.54~934.04 Hz之间，第1阶和第2阶模态处变形较小，第5阶和第6阶模态处变形较大。
2. 在外部激励载荷作用下，振动盘的最大变形量发生在上部料盘、托盘和板弹簧的位置，因此在设计时应重点提高这些部件的强度，避免疲劳损坏，延长设备使用寿命。

研究亮点

1. 通过模态分析和谐响应分析，优化了振动盘的结构设计，避免了共振现象，提高了设备的使用寿命。
2. 研究结果为企业提供了一种高效的磁瓦自动上料机构，提高了自动化程度和生产效率，增强了市场竞争力。

其他有价值的内容

研究还详细推导了产品在振动盘上的受力条件和运动方程，为后续的优化设计提供了理论基础。此外，研究还展示了振动盘在不同频率下的应力分布和变形情况，为实际生产中的安装和维护提供了重要参考。

通过本研究，企业可以大幅降低人工成本，提高生产效率，增强市场竞争力，具有重要的科学价值和应用价值。