秸秆压块机是把松散的农作物秸秆压制成块状物料的设备。经压缩后的秸秆块便于存放，牲畜易于咀嚼，营养也易于吸收，便于储运，同时也可制成燃能很高的生物质燃料。我国是世界农业生产大国，农作物秸秆年生产6亿t多，秸秆资源丰富。近几年，随着我国畜牧业的发展及农业部关于秸秆综合利用方案的推行，秸秆块的需求存在着巨大的市场空间。为了更好更快地抢占市场，压块机的设计效率与设计水平需要进一步提高。
随着科技的迅速发展和计算机CAD/CAE技术的应用，机械设计已由传统二维设计向三维设计转变。为了适应现代机械设计发展的趋势，需要综合应用CAD/CAE技术进行机构的三维设计与分析。本文采用UG软件对秸秆压块机进行机构实体建摸和整机的装配，运用ANSYS有限元分析软件取代手工计算对秸秆压块机进行分析。此种设计方法不仅缩短了秸秆压块机的设计周期，而且提高了设计精度，使秸秆压块机的机械结构更趋合理。
1、秸秆压块机的设计及原理
1.1建模思路
对秸秆压块机的CAD建模主要有两种建模思路，分别是“自底向上”与“自顶向下”两种。通常采用的设计思路是“自底向上”。这种方法是先构造基本的几何图元（如点、线、面等），然后逐渐地向上构造体，直到整个零件的生成。“自顶相下”的构造思路基本相反。秸秆压块机的设计结合这两种设计思路，进行混合设计。
1.2建模方法
UG软件对产品的三维建模的具体方法有显式建模、参数建模、基于约束的建模及复合建模。为了使建模后的压块机各机构的重构性更好，建模过程中多采用草图的构图方式，使得所建模型的参数化更强，便于后续的修改。
1.3压块机总装
对构建好的压块机所有零部件进行装配，生成如图1所示的秸秆压块机总装图。
运用UG软件的分解图功能，可清晰地了解压块机的各部件组成情况，如图2所示。
2、压块机主轴的有限元分析
2.1 ANSYS中主轴模型的导入
通过IGES接口把UG中建好的主轴模型导入AN-SYS中进行分析。图3是导入ANSYS的主轴几何实体模型。
2.2对主轴进行有限元网格划分
在ANSYS中，网格划分的方法主要有自由、映射以及扫掠等方法。网格划分的好坏直接影响到后续的计算速度与计算精度。此处为了使划分的网格更加均匀，采用扫掠与自由划分相结合的方法进行网格划分。
图4为网格划分示意图（有限元模型）。由于结构比较规则，适宜采用ANSYS9.0中的solid95六面体单元进行网格划分。划分结果：节点总数为19168，单元总数为12 024。
2.3主轴的应力分析
2. 3.1应力求解
在求解之前，定义有限元分析的边界条件，即键槽的自由度约束与轴端裙板最大扭矩的施加。
求解得到阶梯轴的最小直径75处的最大剪切应力为12.9 MPa，小于许用应力40 MPa。轴的设计满足应力要求。
2.3.2分析比较
经过ANSYS的分析计算，得到直径5轴的横截面应力分布，如图5所示。
X与y坐标分别为主轴径向的两个坐标．y轴延裙板竖直方向，主轴圆心为坐标原点。图6为直径75轴剪切应力的等值线图。
根据设计经验，阶梯轴应力分布完全符合实际应力分布情况，证明了ANSYS分析结果的正确性。
根据材料力学的最大应力计算公式，理论计算得到妒5轴所受最大应力值为11.5MPa。这与有限元分析的结果最大剪切应力为12.9MPa很相近，进一步证明了ANSYS有限元分析软件分析结果的正确性。
2.4主轴的模态分析
2.4.1模态的概念
模态是结构系统的一种属性，表征模态的特征参数是振动系统各阶固有频率、振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼等。不论何种阻尼情况，机械结构对外力的响应都可以表示成固有频率、阻尼比与振型等模态参数组成的各阶振型模态的叠加。模态分析就是用模态参数来表示结构系统的运动方程，并确定模态参数的过程。
有限元模态分析的核心问题就是找到结构的各阶固有频率，以及机构的弯曲刚度与扭转刚度的分布情况。知道了固有频率，就可以指导机构设计和使用，使得设计固有频率和使用时的外部激振频率相避开。同时，根据刚度的分布情况，可以指导机构刚度的改进，提高整体刚度分布，从而保证机构使用的可靠性。
2.4.2主轴的模态计算
主轴的弹性模量E=2. 08×105 MPa，泊松比e=0.3，密度p=7，8×10-6kg／mm3。根据主轴的材料与几何参数，采用Block Lanczos（兰索斯法）方法，计算得到主轴前25阶振型，其中主要振型如表1所示。
2.4.3结果分析
由振型的分布情况可以看出：当外部激振频率低于22 Hz时，主轴整体机构的刚性足够；当激振频率大于150 Hz并且不断增高后，阶梯轴将不受到扰动，工作稳定，此时的裙板变形明显增大，刚性严重不足；当工作频率高于51 Hz时，需要改变裙板的尺寸或结构来提高其刚性。
3、结论
1)通过以上的一系列分析计算与比较，充分证明了ANSYS有限元分析软件的可靠性，采用此种设计方法可大大提高压块机的设计效率。
2)由计算结果可知，主轴的设计远远满足设计要求，有很大的改进空间。由以往的设计经验可知，空心轴比实心轴具有更良好的抗扭矩能力，而且又节省材料，因此有必要对主轴进行进一步的结构优化。
3)优化后可以很方便地通过ANSYS软件进行分析验证，或直接采用ANSYS软件对主轴进行自动结构优化设计，以得到满意的设计结果。
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