[发明专利]一种基于有限元的曲轴动平衡的获取方法

说明书

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：

 ；

 ；                       

其中，P_L 为左校正面上动平衡量产生的等效离心力，P_R 为右校正面上动平衡量产生的等效离心力，F_L 为左轴承的支承反力，F_R 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P_L、P_R，校正平面上动平衡量U_L和U_R与支承上动载荷力之间的关系为:

 ；

 ；

 其中， 为曲轴的转速，U_L 为左较正面的动平衡量，U_R 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，P_L 为左校正面上动平衡量产生的等效离心力，P_R 为右校正面上动平衡量产生的等效离心力，F_L 为左轴承的支承反力，F_R 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P_L、P_R，校正平面上动平衡量U_L和U_R与支承上动载荷力之间的关系为:

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