旋转设备约一半以上的故障都与不平衡有关,传统的平衡机采用手工去重方式,不仅生产效率低,不适应大批量生产的要求且校正质量差,对转子的破坏大。近几年国内有少数企业斥资引进国外全自动平衡机,开辟了国内的卧式转子的自动动平衡机的先进模式。但是在立式盘类转子的全自动自动动平衡机技术的开发运用上基本为国外某公司所垄断,国内绝大多数厂仍采用手工加重或去重校正,所以有必要对其进行深层次的研究与开发。
立式自动动平衡机是对盘类转子进行动平衡检测及完成铣削去重的设备。在三维建模软件SolidWorks上对立式盘类转子自动动平衡机进行三维样机的虚拟建立。
动平衡机的检测及校正精度与动平衡机的箱体息息相关,其力学特性及自身的位移变形量直接影响到动平衡机的工作性能。
箱体是动平衡系统的基础部件,箱体台面上装有校正系统进给台及铣削设备,对整个动平衡校正系统起承载作用。动平衡测试系统的主轴套筒、主轴电机安置于箱体的基体上,去重系统的铣刀、上下和水平进给动力源安置于台面上,台面是由箱体上的4个支柱支撑。
箱体是支撑摆架的装置,其性能也直接影响动平衡试验的准确性及稳定性。平衡机箱体基座及立柱以灰铸铁为基体,弹性模量为6.63×1010N•m-2,抗剪强度 4.0×1010N•m-2,泊松比0.27,密度7.2×103kg•m-3,张力强度1.5×108N•m-2,抗压强度5.72×108N•m-2,体积热膨胀系数1.2×10-5m3•K-1,热导率45W•m-1•K-1,比热510J•kg-1•K-1。整个台面的质量是232.2kg,总重力G=232.2×9.8=2275.6N,台面是由4个支撑板支撑的,所以每个支撑板的承载力是总重力的1/4,为568.9kg。在装配体中所有接触相面选择无穿透的接触条件,加载外部条件及划分网格。
杭州那泰有限元分析公司在箱体和立柱之间定义4个螺栓接头,螺母和螺栓孔的圆形边线选择分别是13.0mm和10.2mm,定义螺栓材料为合金钢,初始力矩预载为10N•m,摩擦因数是0.2,激活紧密配合方式。有限元分析求解运行后,得到仿真实验结果。
由箱体装配体的有限元分析结果可知,箱体的基座在应力、变形量相比箱体的立柱明显较小,主要应力、变形发生在立柱上侧的支撑板上,可适当增加支撑板厚度。
由箱体应力图解统计结果可得知,其箱体的最大应力是值是7.38MPa,远小于抗压极限强度572MPa,满足载荷的校核强度。由此可得立柱的最大位移变形量是0.052mm,微小的变形程度不对摆架功能构成影响,有限元分析结果验证了平衡机的箱体在设计上的合理性及可行性。
使用SolidWorks完成了对平衡机箱体的应力及变形量的仿真计算,通过对其进行有限元分析,得出箱体应力和变形量由立柱至基体逐渐衰减的变化规律。实验结果得到应力最大值的发生处的量值满足抗压强度,最大变形量很小对动平衡机的工作精度不构成影响,满足机构设计上的要求。通过本次实验,为立式盘类转子动平衡机的设计提供可靠的理论支持,提高虚拟样机的可靠性与合理性。
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