基于solidworks 的壓縮機曲軸動平衡方法探索

謝傳東，舒悅，何明， 劉志龍，曹斌

（1.合肥通用機械研究院有限公司壓縮機技術國家重點實驗室；2.合肥通用環境控制技術有限責任公司，安徽 合肥 230031）

1 前言

曲軸是活塞壓縮機的重要組件，隨著活塞式壓縮機的不斷發展，曲軸的轉速越來越高，其動平衡質量直接影響壓縮機的振動、噪音及壽命。針對活塞式壓縮機曲軸的動平衡計算，傳統的方法是將曲軸簡化，用數學分析法進行平衡計算。由于是對簡化后的模型進行計算，得出的數據有模型誤差，再加上制造誤差，出廠前必須對曲軸進行多次動平衡試驗，即要對一根曲軸進行減重-平衡-再減重-再試驗的反復過程，從而造成了很大的工時浪費。隨著曲軸外形復雜程度的增加，計算工作量更大且平衡精度難以保證。目前，計算機輔助技術已逐漸應用到曲軸的動平衡中，然而實際應用中大多需要對建模軟件進行二次開發，對使用者不具備便捷性；或由仿真結果反向修改設計從而逐漸逼近完全平衡，耗時費力且平衡精度不高。本文提出一種基于solidworks 的曲軸平衡方法，并對方法進行了仿真驗證，結果表明此方法快速有效地實現了復雜形狀曲軸的完全平衡。

2 曲軸動平衡方法

曲軸具有一定的軸向尺寸，偏心質量往往分布在若干個不同的回轉平面內，其轉動時所產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，是典型的動不平衡問題。通常的方法是將所有偏心質量簡化到質心處理，通過分析這種處理方式存在一定誤差，尤其當曲軸外形復雜度提高時這種誤差會逐漸放大，直接影響到曲軸的動平衡質量。本文提出一種基于solidworks 的曲軸動平衡方法，通過分析曲軸慣性積以及重心參數準確獲得偏心質量的大小和位置，進而實現曲軸的高精度動平衡。

本文以某一活塞式壓縮機曲軸動平衡平衡分析為例，進行了上述方法的驗證。通過solidworks 查看曲軸平衡后的質量屬性（其中旋轉軸為z 軸），如表1 所示，曲軸重心幾乎完全落在旋轉軸上，同時慣性主軸和原坐標系重合。平衡后的曲軸整體裝配體如圖1 所示，采用solidworks motion 對整體裝配體進行運動分析，通過監測平衡前后軸承座上的支反力變化驗證平衡結果。

表1 曲軸平衡結果

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比

對平衡前后的曲軸整體均施加一定轉速，監測軸承座豎直方向的支反力，軸承座支反力在平衡前后的對比變化情況如圖2 所示（不考慮重力），可以發現經過平衡后軸承座的支反力已被完全平衡，驗證了本文方法的有效性。

3 結語

本文針對曲軸動平衡問題展開研究，提出了一種基于solidworks 的曲軸快速平衡方法，并進行了平衡效果的驗證。結果表明，通過此方法可以實現曲軸的完全平衡，同時此方法簡單便捷，可縮短曲軸設計開發的時間。