CN103344385A - 一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法 - Google Patents

一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法 Download PDF

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CN103344385A CN2013102791807A CN201310279180A CN103344385A CN 103344385 A CN103344385 A CN 103344385A CN 2013102791807 A CN2013102791807 A CN 2013102791807A CN 201310279180 A CN201310279180 A CN 201310279180A CN 103344385 A CN103344385 A CN 103344385A
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刘雅辉
于秋华
刘淑梅
毛苹宇
孟占伟
王宇晓
张报建
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Shanghai University of Engineering Science
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Abstract

本发明属于转子设计技术领域，提供了一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法，包括将转子零件的实体模型划分网格，分解成有限个单元实体；对曲轴加载载荷并求解轴承的支承反力；根据支承的支承反力计算曲轴两较正面的动平衡量；将计算的动平衡量和转子的实际动平衡量相比较，从而判断出转子是否符合要求。本发明有效解决了动平衡量精确度不高、成本高、周期长、操作复杂等问题，满足了工业生产的要求。

Description

一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法
技术领域
    本发明属于转子设计技术领域，特别涉及一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法。 
背景技术
转子不平衡是旋转机械的主要激振源，它将给机械带来振动、噪声和部件破坏等恶劣影响，为了减少转子的振动．在某些平面上加上或减去校正质量，这些校正质量所产生的振动与不平衡激发的振动尽量相互抵消，以达到转子平衡、减少振动的目的。 
目前曲轴的动平衡测试主要是依靠动平衡机。动平衡机通过测量曲轴在旋转状态下的位移变化或作用在轴承上的力来确定曲轴动平衡状态及去重量，若是选定两个平面作为测试和去重的，这种方法叫双面平衡法，也是曲轴动平衡最普遍的一种方法。动平衡机测试曲轴动平衡十分精确，可以检测及去重90%以上的不平衡量，然后，这种方法在曲轴的设计时显得十分被动，而且成本高，周期长。 
本发明模拟曲轴动平衡机测量曲轴动平衡量的过程。在CAE软件中对曲轴模型施加离心载荷，计算轴承的支撑反力，从而换算出曲轴的动平衡量。本方法计算精确，操作简单，能迅速的计算刚性转子的动平衡量，为刚性转子的设计和生产节约时间和财力。 
因此，转子设计技术领域迫切需要一种计算快速、精确，操作简单、成本低、周期短的一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法。 
发明内容
本发明的一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法，技术方案如下： 
本发明的一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法，其特征在于，包含以下步骤：
第一步，将转子零件的实体模型划分网格，分解成有限个单元实体；
第二步，对曲轴加载载荷并求解轴承的支承反力；
第三步，根据支承的支承反力计算曲轴两较正面的动平衡量；
根据静力学原理，得出：
Figure 923149DEST_PATH_IMAGE001
 ；
Figure 745611DEST_PATH_IMAGE002
 ；                       
其中，PL 为左校正面上动平衡量产生的等效离心力，PR 为右校正面上动平衡量产生的等效离心力，FL 为左轴承的支承反力，FR 为右轴承的支承反力， a、b、c均为较正面与轴承间的距离；
根据PL、PR，校正平面上动平衡量UL和UR与支承上动载荷力之间的关系为:
 ；
Figure 273861DEST_PATH_IMAGE004
 ；
 其中，
Figure 2013102791807100002DEST_PATH_IMAGE005
 为曲轴的转速，UL 为左较正面的动平衡量，UR 为右较正面的动平衡量；
第四步，将计算的动平衡量和转子的实际动平衡量相比较，从而判断出转子是否符合要求。
本发明的有益效果是： 
1．将转子分解成有限个单元，每个单元都可看做是一个点，使计算的动平衡量的精度大大提高。
2．本发明节约成本，缩短转子设计开发时间，从而提高企业的经济效应。 
3．本发明的一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法，提高了工作效率，从而缩短周期。 
4．本发明的一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法，操作更加简单、成本低，具有更加广泛的适用性。 
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体示例，进一步阐述本发明。 
本发明的具体实施步骤如下： 
第一步，将转子零件的实体模型划分网格，分解成有限个单元实体；
第二步，对曲轴加载载荷并求解轴承的支承反力；
第三步，根据支承的支承反力计算曲轴两较正面的动平衡量；
根据静力学原理，得出：
 ；
 ；                       
其中，PL 为左校正面上动平衡量产生的等效离心力，PR 为右校正面上动平衡量产生的等效离心力，FL 为左轴承的支承反力，FR 为右轴承的支承反力， a、b、c均为较正面与轴承间的距离；
根据PL、PR，校正平面上动平衡量UL和UR与支承上动载荷力之间的关系为:
Figure 503483DEST_PATH_IMAGE008
 ；
Figure 240494DEST_PATH_IMAGE009
 ；                
 其中，
Figure 826197DEST_PATH_IMAGE005
 为曲轴的转速，UL 为左较正面的动平衡量，UR 为右较正面的动平衡量；
第四步，将计算的动平衡量和转子的实际动平衡量相比较，从而判断出转子是否符合要求。
表 1 经换算的曲轴动平衡量与实际值对比 
 
   项目 左面不平衡量 右面不平衡量
计算值/g.mm 726.73 862.79
实际值 730.5 860.5
偏差  0.55% 0.35%
表一中，当计算值与实际值的偏差在0-2%之内认为合格，否则认为不合格，要重新调整，直至位于偏差范围内为止。
本发明的优越特点是： 
1．将转子分解成有限个单元，每个单元都可看做是一个点，使计算的动平衡量的精度大大提高。
2．本发明节约成本，缩短转子设计开发时间，从而提高企业的经济效应。 
3．本发明的一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法，提高了工作效率，从而缩短周期。 
4．本发明的一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法，操作更加简单、成本低，具有更加广泛的适用性。 
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。 

Claims (1)

1.本发明的一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法，其特征在于，包含以下步骤：第一步，将转子零件的实体模型划分网格，分解成有限个单元实体；
第二步，对曲轴加载载荷并求解轴承的支承反力；
第三步，根据支承的支承反力计算曲轴两较正面的动平衡量；
根据静力学原理，得出：
Figure 192931DEST_PATH_IMAGE001
 ；
Figure 247605DEST_PATH_IMAGE002
 ；                       
其中，PL 为左校正面上动平衡量产生的等效离心力，PR 为右校正面上动平衡量产生的等效离心力，FL 为左轴承的支承反力，FR 为右轴承的支承反力， a、b、c均为较正面与轴承间的距离；
根据PL、PR，校正平面上动平衡量UL和UR与支承上动载荷力之间的关系为:
Figure 522729DEST_PATH_IMAGE003
 ；
Figure 166200DEST_PATH_IMAGE004
 ；                  
其中，
Figure 563683DEST_PATH_IMAGE006
 为曲轴的转速，UL 为左较正面的动平衡量，UR 为右较正面的动平衡量；
第四步，将计算的动平衡量和转子的实际动平衡量相比较，从而判断出转子是否符合要求。
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