內燃式水平對動空氣壓縮機平衡設計及多工況動力學仿真研究.pdf

1、內燃式水平對動空氣壓縮機將內燃機與空氣壓縮機組合成一個整體，并通過內燃機產生的熱能來轉化為空氣壓縮機的氣體壓力能，是一種新型的壓氣裝置。目前存在的雙拐對稱布置的內燃式水平對動空氣壓縮機方案，記為方案1，由于存在慣性力系中的不平衡力矩成分，仍會引起些許整機的振動問題。因此，針對內燃式水平對動空氣壓縮機的動不平衡問題，提出了一種三拐對稱布置的內燃式水平對動空氣壓縮機方案，記為方案2。并針對這兩種方案，進行了分析及對比研究，主要的研究內容如下

2、：
　　應用解析法分別對兩種方案進行了計算分析，結果表明：在添加平衡塊的前提下，方案1有旋轉慣性力、旋轉慣性力矩、一階往復慣性力達到了平衡狀態(tài)，而相比方案1，方案2不僅有以上慣性力和力矩達到了平衡狀態(tài)，其一階往復慣性力矩也達到了平衡狀態(tài)。故方案2的內燃式水平對動空氣壓縮機處于外部平衡狀態(tài)，其綜合平衡性能要優(yōu)于方案1的。
　　應用逐個平衡法在方案2曲軸的每個曲拐的每個曲柄臂上安裝了一塊平衡塊。經計算分析，確定了方案2曲軸兩端的

3、每個平衡塊質量為0.153，偏心距為15.92；中間的每個平衡塊質量為0.276，偏心距為17.38。
　　應用ADAMS分別對兩種方案的虛擬樣機進行仿真分析，結果表明：三種工況（曲軸平均轉速分別為1500、2000、2400）下方案1的最大主軸承平均受力載荷為2228N，而方案2的最大主軸承平均受力載荷為為1956N。按照軸承平均載荷最小這一平衡目標可知，方案2的平衡性能要優(yōu)于方案1的。
　　應用ANSYS Workben

4、ch對方案2曲軸進行了有限元靜力學分析和模態(tài)分析。其中，有限元靜力學分析結果表明：曲軸的最大等效應力位于曲柄銷與曲柄臂連接圓角處，其最大值為305.09，小于曲軸材料球墨鑄鐵QT700-2的許用應力，證明了曲軸的設計滿足強度設計的要求；曲軸的變形主要分布在平衡塊處，其最大變形量為0.417，屬于小變形，證明了曲軸的設計滿足剛度設計要求。模態(tài)分析結果表明：曲軸最大振幅的部位出現在曲柄銷、曲軸端面以及平衡塊上；曲軸約束模態(tài)的固有頻率相比其自