曲轴是活塞式压缩机的关键部件之一,在压缩机工作过程中承受复杂、交变的动态载荷,从而使曲轴有着复杂的动态特性,其动态特性的好坏直接影响压缩机整机的可靠性和寿命等,因此对曲轴的动态特性进行理论和实际的研究分析具有重要的现实意义。传统的设计、分析方法的简化难以满足企业的需要,而多体动力学和有限元法的发展使得较精确的分析曲轴动力学响应问题成为可能。
本文以EQ1141G型车用空压机为研究对象。首先,分析了压缩机曲柄连杆机构的运动规律,并采用Matlab程序设计语言实现曲轴连杆机构的运动学仿真,得到了压缩机活塞位移与曲轴转角的一一对应关系,便于计算压缩机各工作过程端点的活塞位移值,从而迅速地确定对应时刻的曲轴转角值。 其次,在分析压缩机曲轴连杆机构拓扑构型的基础上,采用多体动力学仿真软件ADAMS分别建立曲轴连杆机构的多刚体动力学模型和多柔体动力学模型,通过对比两种模型的仿真分析结果得知,曲柄连杆机构中与曲轴弹性体不发生相互作用的刚性部件之间以及连杆小头和活塞销之间的相互作用关系用两种模型都可以得出比较准确的分析结果而曲轴和轴承之间的相互作用只有多柔体动力学模型能够给出合理且相对准确的分析结果。 ,通过采用多柔体模型进行仿真分析得到的作用在曲轴轴颈及曲柄销上的动态载荷作为曲轴动态响应分析的边界条件,运用有限元分析软件ANSYS对曲轴进行较为精确的应力、变形分析,以获得曲轴在整个工作行程中的动态响应,从而可以方便的找到曲轴工作时的危险部位,为曲轴优化提供理论基础。 研究结果表明,利用虚拟样机技术和有限元法相结合的手段可以获得较的曲轴动力学响应分析结果,同时对于压缩机曲轴的改进设计,提高压缩机设计水平及提高压缩机整机性能有重要意义,是既经济又高效的科学化手段。
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