基于solidworks 的压缩机曲轴动平衡方法探索

谢传东，舒悦，何明， 刘志龙，曹斌

（1.合肥通用机械研究院有限公司压缩机技术国家重点实验室；2.合肥通用环境控制技术有限责任公司，安徽 合肥 230031）

1 前言

曲轴是活塞压缩机的重要组件，随着活塞式压缩机的不断发展，曲轴的转速越来越高，其动平衡质量直接影响压缩机的振动、噪音及寿命。针对活塞式压缩机曲轴的动平衡计算，传统的方法是将曲轴简化，用数学分析法进行平衡计算。由于是对简化后的模型进行计算，得出的数据有模型误差，再加上制造误差，出厂前必须对曲轴进行多次动平衡试验，即要对一根曲轴进行减重-平衡-再减重-再试验的反复过程，从而造成了很大的工时浪费。随着曲轴外形复杂程度的增加，计算工作量更大且平衡精度难以保证。目前，计算机辅助技术已逐渐应用到曲轴的动平衡中，然而实际应用中大多需要对建模软件进行二次开发，对使用者不具备便捷性；或由仿真结果反向修改设计从而逐渐逼近完全平衡，耗时费力且平衡精度不高。本文提出一种基于solidworks 的曲轴平衡方法，并对方法进行了仿真验证，结果表明此方法快速有效地实现了复杂形状曲轴的完全平衡。

2 曲轴动平衡方法

曲轴具有一定的轴向尺寸，偏心质量往往分布在若干个不同的回转平面内，其转动时所产生的离心力是一组空间力系，故曲轴的不平衡既存在静不平衡也存在偶不平衡，是典型的动不平衡问题。通常的方法是将所有偏心质量简化到质心处理，通过分析这种处理方式存在一定误差，尤其当曲轴外形复杂度提高时这种误差会逐渐放大，直接影响到曲轴的动平衡质量。本文提出一种基于solidworks 的曲轴动平衡方法，通过分析曲轴惯性积以及重心参数准确获得偏心质量的大小和位置，进而实现曲轴的高精度动平衡。

本文以某一活塞式压缩机曲轴动平衡平衡分析为例，进行了上述方法的验证。通过solidworks 查看曲轴平衡后的质量属性（其中旋转轴为z 轴），如表1 所示，曲轴重心几乎完全落在旋转轴上，同时惯性主轴和原坐标系重合。平衡后的曲轴整体装配体如图1 所示，采用solidworks motion 对整体装配体进行运动分析，通过监测平衡前后轴承座上的支反力变化验证平衡结果。

表1 曲轴平衡结果

图1 曲轴平衡后整体装配体

图2 曲轴平衡前后轴承座支反力对比

对平衡前后的曲轴整体均施加一定转速，监测轴承座竖直方向的支反力，轴承座支反力在平衡前后的对比变化情况如图2 所示（不考虑重力），可以发现经过平衡后轴承座的支反力已被完全平衡，验证了本文方法的有效性。

3 结语

本文针对曲轴动平衡问题展开研究，提出了一种基于solidworks 的曲轴快速平衡方法，并进行了平衡效果的验证。结果表明，通过此方法可以实现曲轴的完全平衡，同时此方法简单便捷，可缩短曲轴设计开发的时间。