謝傳東，舒悅，何明， 劉志龍，曹斌

（1.合肥通用機(jī)械研究院有限公司壓縮機(jī)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.合肥通用環(huán)境控制技術(shù)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230031）

1 前言

曲軸是活塞壓縮機(jī)的重要組件，隨著活塞式壓縮機(jī)的不斷發(fā)展，曲軸的轉(zhuǎn)速越來越高，其動(dòng)平衡質(zhì)量直接影響壓縮機(jī)的振動(dòng)、噪音及壽命。針對(duì)活塞式壓縮機(jī)曲軸的動(dòng)平衡計(jì)算，傳統(tǒng)的方法是將曲軸簡(jiǎn)化，用數(shù)學(xué)分析法進(jìn)行平衡計(jì)算。由于是對(duì)簡(jiǎn)化后的模型進(jìn)行計(jì)算，得出的數(shù)據(jù)有模型誤差，再加上制造誤差，出廠前必須對(duì)曲軸進(jìn)行多次動(dòng)平衡試驗(yàn)，即要對(duì)一根曲軸進(jìn)行減重-平衡-再減重-再試驗(yàn)的反復(fù)過程，從而造成了很大的工時(shí)浪費(fèi)。隨著曲軸外形復(fù)雜程度的增加，計(jì)算工作量更大且平衡精度難以保證。目前，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已逐漸應(yīng)用到曲軸的動(dòng)平衡中，然而實(shí)際應(yīng)用中大多需要對(duì)建模軟件進(jìn)行二次開發(fā)，對(duì)使用者不具備便捷性；或由仿真結(jié)果反向修改設(shè)計(jì)從而逐漸逼近完全平衡，耗時(shí)費(fèi)力且平衡精度不高。本文提出一種基于solidworks 的曲軸平衡方法，并對(duì)方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明此方法快速有效地實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形狀曲軸的完全平衡。

2 曲軸動(dòng)平衡方法

曲軸具有一定的軸向尺寸，偏心質(zhì)量往往分布在若干個(gè)不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的離心力是一組空間力系，故曲軸的不平衡既存在靜不平衡也存在偶不平衡，是典型的動(dòng)不平衡問題。通常的方法是將所有偏心質(zhì)量簡(jiǎn)化到質(zhì)心處理，通過分析這種處理方式存在一定誤差，尤其當(dāng)曲軸外形復(fù)雜度提高時(shí)這種誤差會(huì)逐漸放大，直接影響到曲軸的動(dòng)平衡質(zhì)量。本文提出一種基于solidworks 的曲軸動(dòng)平衡方法，通過分析曲軸慣性積以及重心參數(shù)準(zhǔn)確獲得偏心質(zhì)量的大小和位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)曲軸的高精度動(dòng)平衡。

本文以某一活塞式壓縮機(jī)曲軸動(dòng)平衡平衡分析為例，進(jìn)行了上述方法的驗(yàn)證。通過solidworks 查看曲軸平衡后的質(zhì)量屬性（其中旋轉(zhuǎn)軸為z 軸），如表1 所示，曲軸重心幾乎完全落在旋轉(zhuǎn)軸上，同時(shí)慣性主軸和原坐標(biāo)系重合。平衡后的曲軸整體裝配體如圖1 所示，采用solidworks motion 對(duì)整體裝配體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，通過監(jiān)測(cè)平衡前后軸承座上的支反力變化驗(yàn)證平衡結(jié)果。

表1 曲軸平衡結(jié)果

圖1 曲軸平衡后整體裝配體

圖2 曲軸平衡前后軸承座支反力對(duì)比

對(duì)平衡前后的曲軸整體均施加一定轉(zhuǎn)速，監(jiān)測(cè)軸承座豎直方向的支反力，軸承座支反力在平衡前后的對(duì)比變化情況如圖2 所示（不考慮重力），可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過平衡后軸承座的支反力已被完全平衡，驗(yàn)證了本文方法的有效性。

3 結(jié)語

本文針對(duì)曲軸動(dòng)平衡問題展開研究，提出了一種基于solidworks 的曲軸快速平衡方法，并進(jìn)行了平衡效果的驗(yàn)證。結(jié)果表明，通過此方法可以實(shí)現(xiàn)曲軸的完全平衡，同時(shí)此方法簡(jiǎn)單便捷，可縮短曲軸設(shè)計(jì)開發(fā)的時(shí)間。