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高速凸輪分割器的質(zhì)量平衡問(wèn)題的研究

來(lái)源: 時(shí)間:2019-04-17 17:30:52 瀏覽次數:

高速凸輪分割器的質(zhì)量平衡問(wèn)題的研究 凸輪分割器是一種典型的常用機構。由于它能以簡(jiǎn)單的結構實(shí)現任意復雜的預期運動(dòng),并有良好的運動(dòng)剛性,長(cháng)期以來(lái)被廣泛的應用于各種機械。 凸輪分割器處于低速下工作時(shí),可以作為剛性系統處理。但在高速下運動(dòng)時(shí),由于慣性力引起的構件彈性變形將嚴重影響機構的真實(shí)運動(dòng),特別是當激振頻率和系統固有頻率接近時(shí),彈性變形急劇加大,因此在分析或設計高速凸輪機構時(shí),必須按彈性系統考慮。在處理的原則和方法上都與剛性系統有所不同。同時(shí),為了保證機構在高速運轉時(shí),具有預期的運動(dòng)精度,并能持久的保持這種精度,則不僅需要研究其運動(dòng)學(xué).動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,還涉及材質(zhì).加工和摩擦學(xué)問(wèn)題。

高速凸輪分割器的質(zhì)量平衡問(wèn)題的研究

凸輪分割器是一種典型的常用機構。由于它能以簡(jiǎn)單的結構實(shí)現任意復雜的預期運動(dòng),并有良好的運動(dòng)剛性,長(cháng)期以來(lái)被廣泛的應用于各種機械。

凸輪分割器處于低速下工作時(shí),可以作為剛性系統處理。但在高速下運動(dòng)時(shí),由于慣性力引起的構件彈性變形將嚴重影響機構的真實(shí)運動(dòng),特別是當激振頻率和系統固有頻率接近時(shí),彈性變形急劇加大,因此在分析或設計高速凸輪機構時(shí),必須按彈性系統考慮。在處理的原則和方法上都與剛性系統有所不同。同時(shí),為了保證機構在高速運轉時(shí),具有預期的運動(dòng)精度,并能持久的保持這種精度,則不僅需要研究其運動(dòng)學(xué).動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,還涉及材質(zhì).加工和摩擦學(xué)問(wèn)題。

加之,近幾十年來(lái),由于電子計算機的廣泛應用和相鄰學(xué)科的發(fā)展,促使高速凸輪理論的研究不斷深入。因此可以說(shuō),高速凸輪是一個(gè)內容非常豐富,涉及多種學(xué)科的綜合性問(wèn)題。

影響高速凸輪分割器動(dòng)態(tài)特性的因素有很多,包括有質(zhì)心偏心引起的慣性力(離心力),各個(gè)零部件阻尼,軸承油膜振蕩,溫度場(chǎng),多支承不同心等因素。眾所周知,速度越高,離心力越大。而現代有許多旋轉機械都處于高速運轉狀態(tài),如發(fā)動(dòng)機,汽輪機,離心機,電機轉子及汽車(chē)輪子等。即使存在很小的不平衡,在高速旋轉時(shí)也會(huì )產(chǎn)生非常大的離心力。請看下例:一個(gè)重10噸,半徑為0.5米的圓柱形轉子,其表面存在100克的不平衡量,在工作轉速為2000r\min時(shí),根據方程式計算最后會(huì )產(chǎn)生2000(N)的離心力。若速度再增加,離心力更大。因此,即使在重達幾噸到幾十噸的轉子上存在幾百克的不均勻質(zhì)量分布,在高速旋轉時(shí)也會(huì )產(chǎn)生很大的不平衡力。轉子上不平衡離心力的存在,將會(huì )導致機器轉子,軸承和安裝基礎等產(chǎn)生機械振動(dòng)。在大多數情況下,機械振動(dòng)是有害的。其主要危害有:

(1) 使機器支撐受到動(dòng)載荷的作用,影響支撐的正常工作。

(2)  動(dòng),靜部分磨損,基礎松裂,或使機器油氣管裂開(kāi),自動(dòng)調節器失效,致使機器要經(jīng)常維修或過(guò)早損壞。

(3)擾動(dòng)四周的機械設備和儀表,使調節裝置和保護系統可能發(fā)生誤動(dòng)作而使設備和儀表無(wú)法正常工作。

(4)產(chǎn)生噪音,影響工作人員的身心健康。

如果轉子轉速與轉子軸系的固有頻率相同或接近時(shí),機器就會(huì )產(chǎn)生共振。出現共振時(shí),振幅迅速增大,機組將產(chǎn)生激烈振動(dòng)以至于損壞。據報道,在1972年6月,日本關(guān)西海南電廠(chǎng)一臺60MW的汽輪機組在試車(chē)時(shí),因振動(dòng)過(guò)大而造成飛車(chē),致使機組全部報廢。根據經(jīng)驗能力以及時(shí)間有限,我廠(chǎng)只針對偏心問(wèn)題進(jìn)行研究探討,力求找出用平衡質(zhì)量的方法來(lái)減小或者消除偏心,進(jìn)而改善其高速下的運動(dòng)特性。如何在SolidWorks軟件下建立高速凸輪的精準形狀和動(dòng)態(tài)分析,是本廠(chǎng)研究的重點(diǎn)。相當長(cháng)一段時(shí)間內,本廠(chǎng)工程師就以下內容進(jìn)行了研究:
   1)綜合運用Matlab 和SolidWorks軟件生成精準高速分度凸輪三維實(shí)體。
   2)利用ComsmosWorks有限插件分析高速凸輪在高速條件下因偏心引起的慣性力,振動(dòng),位移,變形等動(dòng)態(tài)特性。
   3)利用試配重法,在凸輪上位于偏心處鉆孔去掉一部分質(zhì)量,減小偏心量,改善凸輪動(dòng)態(tài)特性。

最終,通過(guò)大量測量,我廠(chǎng)工程師找出了如何利用平衡質(zhì)量來(lái)改善高速凸輪動(dòng)態(tài)特性的方法。為今后實(shí)際應用奠定了理論基礎,提高了生產(chǎn)效率減少了出貨時(shí)間,并為客戶(hù)節約了資金和時(shí)間上的成本。

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