基于solidworks的压缩机曲轴动平衡方法探索

基于solidworks的 压缩机曲轴动平衡方法探索

谢传东1,2，舒悦1,2，何明1,2， 刘志龙1,2，曹斌1,2

（1. 合肥通用机械研究院有限公司压缩机技术国家重点实验室； 2. 合肥通用环境控制技术有限责任公司，安徽 合肥 230031）

摘要：提高曲轴的动平衡特性对增强活塞式压缩机的可靠性具有十分重要的意义。本文提出一种基于solidworks的曲轴快速平衡方法，该方法可准确地获得曲轴偏心质量大小和位置，通过精确配重进而实现曲轴的完全平衡。采用此方法对某活塞式压缩机曲轴进行动平衡计算，并对平衡后的曲轴进行运动学仿真验证，结果表明，此方法可以快速有效地实现曲轴的完全平衡。

关键词：活塞压缩机；曲轴；动平衡；仿真

中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）03（上）-0018-01

1 前言

曲轴是活塞压缩机的重要组件，随着活塞式压缩机的不断发展，曲轴的转速越来越高，其动平衡质量直接影响压缩机的振动、噪音及寿命。针对活塞式压缩机曲轴的动平衡计算，传统的方法是将曲轴简化，用数学分析法进行平衡计算。由于是对简化后的模型进行计算，得出的数据有模型误差，再加上制造误差，出厂前必须对曲轴进行多次动平衡试验，即要对一根曲轴进行减重-平衡-再减重-再试验的反复过程，从而造成了很大的工时浪费。随着曲轴外形复杂程度的增加，计算工作量更大且平衡精度难以保证。目前，计算机辅助技术已逐渐应用到曲轴的动平衡中，然而实际应用中大多需要对建模软件进行二次开发，对使用者不具备便捷性；或由仿真结果反向修改设计从而逐渐逼近完全平衡，耗时费力且平衡精度不高。本文提出一种基于solidworks的曲轴平衡方法，并对方法进行了仿真验证，结果表明此方法快速有效地实现了复杂形状曲轴的完全平衡。2 曲轴动平衡方法

曲轴具有一定的轴向尺寸，偏心质量往往分布在若干个不同的回转平面内，其转动时所产生的离心力是一组空间力系，故曲轴的不平衡既存在静不平衡也存在偶不平衡，是典型的动不平衡问题。通常的方法是将所有偏心质量简化到质心处理，通过分析这种处理方式存在一定误差，尤其当曲轴外形复杂度提高时这种误差会逐渐放大，直接影响到曲轴的动平衡质量。本文提出一种基于solidworks的曲轴动平衡方法，通过分析曲轴惯性积以及重心参数准确获得偏心质量的大小和位置，进而实现曲轴的高精度动平衡。本文以某一活塞式压缩机曲轴动平衡平衡分析为例，进行了上述方法的验证。通过solidworks查看曲轴平衡后的质量属性（其中旋转轴为z轴），如表1所示，曲轴重心几乎完全落在旋转轴上，同时惯性主轴和原坐标系重合。平衡后的曲轴整基金项目：安徽省重点研究和开发计划（基金号: 201904a07020052）；合肥通用机械研究院青年科技基金（基金号：2018010761）

通讯作者：谢传东

体装配体如图1所示，采用solidworks motion对整体装配体进行运动分析，通过监测平衡前后轴承座上的支反力变化验证平衡结果。表1 曲轴平衡结果

重心（x，y，z）/mm：惯性主轴Ix惯性主轴Iy惯性主轴Iz

0.00000.00000.00001.0000

0.0004-0.0000-1.00000.0000

-159.18521.00000.00000.0000

图1 曲轴平衡后整体装配体 图2 曲轴平衡前后轴承座支反力对比对平衡前后的曲轴整体均施加一定转速，监测轴承座竖直方向的支反力，轴承座支反力在平衡前后的对比变化情况如图2所示（不考虑重力），可以发现经过平衡后轴承座的支反力已被完全平衡，验证了本文方法的有效性。3 结语

本文针对曲轴动平衡问题展开研究，提出了一种基于solidworks的曲轴快速平衡方法，并进行了平衡效果的验证。结果表明，通过此方法可以实现曲轴的完全平衡，同时此方法简单便捷，可缩短曲轴设计开发的时间。参考文献：

[1] 郁永章.活塞式压缩机[ M] .机械工业出版社.

[2] 周仁睦.转子动平衡-原理、方法和标准[M].北京：化学工业出版社，1992，1.

[3] 胡海涛,赵韩,樊高定,史敏,徐家新,蒋德伦. 基于Pro/Engineer的活塞式压缩机曲轴平衡块优化设计[J]. 流体机械,2004(03):21-23.

[4] 樊远，刁燕，戈鹏. 基于SolidWorks的曲轴动平衡分析[J]. 现代制造工程，2007(06):37-39.

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中国设备工程 2020.03（上）