專利名稱：曲軸動平衡設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對曲軸零件的動平衡測試方法，特別是一種用于測試曲軸零件的 曲軸動平衡的設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的曲軸零件設(shè)計往往是設(shè)計人員憑借自身的實踐經(jīng)驗進行設(shè)計，然后根 據(jù)設(shè)計人員的設(shè)計將曲軸零件加工成型后再拿到動平衡機上進行動平衡校驗，這 是目前國內(nèi)所普遍采取的方法，因此對動平衡測試這一步驟的改進都局限在對動 平衡機上的改進和設(shè)計。對于動平衡機，其動平衡的計算精度并不高，并且設(shè)計 開發(fā)時間也較長，投入的資金也較多。
因此在曲軸零件的設(shè)計過程中就完成動平衡測試的設(shè)計方法在目前還是比 較空白的領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種曲軸動平衡的設(shè)計方法，可以將曲軸零件設(shè)計好后，立即 就完成對該設(shè)計的動平衡的測試，這樣可以得到成型的曲軸零件成品幾乎是完全 合乎設(shè)計要求的。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下-
曲軸動平衡的設(shè)計方法，其特征在于將曲軸零件的模型進行切片分析，就 是將曲軸零件的模型進行有限次的軸向分割，曲軸零件模型被分割成若干個切 片，然后提取進行曲軸零件模型的相應(yīng)數(shù)據(jù)，將所得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)與預先設(shè)定的 數(shù)據(jù)比較，最后判斷得到曲軸零件模型的動平衡是否在生產(chǎn)要求的范圍內(nèi)。
所述相應(yīng)數(shù)據(jù)包括質(zhì)量、向徑。
所述切片分析步驟是根據(jù)剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析的原理設(shè)定了兩個平衡矯正 面A、 B，參考基準面，分析步驟如下
A、 首先選擇兩個平衡校正面作為動平衡計算時的基準， 一個平衡校正面后， 再通過旋轉(zhuǎn)或移動零件來選擇另外一個平衡校正面；
B、 用戶再選擇曲軸零件的一個端面來作為零件進行有限元次分割時的參考 基準面，且該參考基準面必須最后進行選擇；
c、確認上一步基準選擇是否正確，如果不正確則需要重新選擇，直到基準
選擇正確后，再設(shè)置待分析曲軸零件的長度和所劃分的精度(劃分精度的不同將
對分析結(jié)果產(chǎn)生不同的影響)，還有相應(yīng)的平衡精度和曲軸的轉(zhuǎn)速；
D、 通過實體分析曲軸零件模型得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，再進行曲軸零件模型的動平 衡分析計算；
E、 得到計算分析結(jié)果數(shù)據(jù)，將所有結(jié)算分析結(jié)果與步驟C所設(shè)置的數(shù)據(jù)對 比，得到該曲軸零件模型是否滿足動平衡的結(jié)論。
上述步驟D中所述曲軸零件模型的動平衡分析計算就是指將相應(yīng)的數(shù)據(jù)放 到剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析的運算公式中，計算出平衡質(zhì)徑積，通過所得到的平衡質(zhì) 徑積來判斷曲軸零件模型的動平衡是否在生產(chǎn)要求的范圍內(nèi)。
所述步驟E的計算分析結(jié)果數(shù)據(jù)包括在兩個平衡校正面上的不平衡質(zhì)心、質(zhì) 徑積、質(zhì)量半徑以及當量不平衡質(zhì)量。
所述步驟E的結(jié)論是曲軸零件模型不滿足動平衡時，通過剛性轉(zhuǎn)子動平衡分 析的計算方法進行當量質(zhì)量的平衡矯正計算，得出達到生產(chǎn)要求的動平衡數(shù)值。
所述平衡矯正計算結(jié)論以三維視圖和數(shù)值顯示計算結(jié)果。
所述剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析的計算方法如下
對于質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的轉(zhuǎn)子，當其轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的離心力已不再 是一個平面匯交力系，而是空間力系。因此，單靠在某一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)加、減平衡 質(zhì)量的方法已不能解決動不平衡的問題。
在進行動平衡計算時，需將不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力分解為兩個指定平面內(nèi) 的力。這就需要用到質(zhì)徑積的分解和代替。
根據(jù)平行力的合成與分解原理，某一平面上的一個力，可以由任意選定的兩 個平行平面內(nèi)的兩個力代替它。在不平衡質(zhì)量歷所在平面的兩側(cè)選定兩個平衡基 面^和5 ，設(shè)它們與ffl所在平面的距離分別為a和6, J和5兩個平衡基面間的
距離為Z。甩來代替"的兩個質(zhì)量分別為A^和/^，它們分別在^和5兩個平衡 基面內(nèi)，其向徑分別為 和 ，且w、 mj和附s三者在同一軸面內(nèi)。則w、 和
m^所產(chǎn)生的離心力尸、^和A構(gòu)成同一平面內(nèi)的三個平行力。A和A能完全 代替的條件如式(l)。<formula>formula see original document page 6</formula>
再加上Z和a、力間的關(guān)系，從而可得式(2)。
wsrs6 = TT^r^fl! (2) 丄=a + 6
解上式可得式(3)。
4 (3)
設(shè)一剛性轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量W、附2和附3分別位于平面1、 2和3內(nèi)，。、r2 和^分別為其向徑。當該轉(zhuǎn)子以等角速度w回轉(zhuǎn)時，它們產(chǎn)生的離心慣性力A、 ^和A構(gòu)成一空間力系。為了將其轉(zhuǎn)化為兩個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的靜平衡問題，選定 兩個平衡基面^和A設(shè)兩者間的距離為Z。平面l、 2、 3到平衡基面5的距離 分別為、、62和63，到平衡基面^的距離分別為a,、 a和a。當m,位于平面力
和5之間時，fl,和6,.均為正；當m,位于平面^和5之外時，a,和6,.均為負。根 據(jù)1.2. 1中敘述的質(zhì)徑積的分解與代替，將不平衡重質(zhì)徑積m,p v2、 m力分
別由平衡基面和5內(nèi)的和附^ 、附2 2和w2 2 、 Wr3和wfr3代替(它們分
別在同一軸面內(nèi))。因被分解代替的不平衡質(zhì)量的向徑與分解后的向徑相等，故 由式(3)可得式(4)。
<formula>formula see original document page 6</formula>
經(jīng)過分解代替后，就把三個平行平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量問題簡化為集中在^ 和5兩個平行平衡平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量問題。同理，有四個、五個、甚至更多個 平行平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量問題都可以用同樣的方法簡化為任意選定的兩個回轉(zhuǎn) 面內(nèi)的不平衡質(zhì)量問題。從而可以分別在平衡基面A 5內(nèi)按照質(zhì)量分布在同一 回轉(zhuǎn)面內(nèi)的情況解決不平衡問題。
在平衡基面^i內(nèi)，假設(shè)w^為應(yīng)加的平衡質(zhì)量，其向徑和相位角分別為《和
《，不平衡向量的合向量的x和;;向分量分別為C^和C;，合向量的相位角為 -、各不平衡質(zhì)量的相位角為A.，則得式(5)。
卜aV cos《=-C， = - J>,、 cos/ ,, 「、 sin-/ = —C; = -J>>, sin A
類似地，在平衡基面5內(nèi)可得式(6)。 cos & = —C， = -J>f 。 cos", sin W = —C; = —J] sin A
本發(fā)明的有益效果如下
本方法操作方便，計算分析準確、迅速；當曲軸零件在進行設(shè)計時，可以快 速地對設(shè)計成型的曲軸零件進行動平衡分析，并可以及時地反映出零件動平衡的 狀況，便于設(shè)計人員及時對曲軸設(shè)計作出相應(yīng)的修改，以達到動平衡的要求，完 全避免了利用動平衡機來完成對成品的測試工作；本方法相對傳統(tǒng)方法不僅計算 精度得到了提高，而且還節(jié)約了大量的財力、物力。


圖1為本發(fā)明的工作流程圖
圖2為本發(fā)明剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析計算方法的慣性力的分解與代替示意圖
圖3為本發(fā)明剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析計算方法中一個轉(zhuǎn)子的動平衡轉(zhuǎn)化為兩個回
轉(zhuǎn)面上的靜平衡示意圖
具體實施例方式
一種曲軸動平衡的設(shè)計方法，將曲軸零件的模型進行切片分析，就是將曲軸 零件的模型進行有限次的軸向分割，曲軸零件模型被分割成若干個切片，然后提 取進行曲軸零件模型的相應(yīng)數(shù)據(jù)，最后將所得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)與預先設(shè)定的數(shù)據(jù)比 較，最后判斷得到曲軸零件模型的動平衡是否在生產(chǎn)要求的范圍內(nèi)。
所述相應(yīng)數(shù)據(jù)包括質(zhì)量、向徑。
所述切片分析步驟是根據(jù)剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析的原理設(shè)定了兩個平衡矯正 面、參考基準面，分析步驟如下
A、首先選擇兩個平衡校正面作為動平衡計算時的基準， 一個平衡校正面后， 再通過旋轉(zhuǎn)或移動零件來選擇另外一個平衡校正面；
B、 用戶再選擇曲軸零件的一個端面來作為零件進行有限元次分割時的參考 基準面，且該參考基準面必須最后進行選擇；
C、 確認上一步基準選擇是否正確，如果不正確則需要重新選擇，直到基準 選擇正確后，再設(shè)置待分析曲軸零件的長度和所劃分的精度(劃分精度的不同將 對分析結(jié)果產(chǎn)生不同的影響)，還有相應(yīng)的平衡精度和曲軸的轉(zhuǎn)速；
D、 通過實體分析曲軸零件模型得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，再進行曲軸零件模型的動平 衡分析計算；
E、 得到計算分析結(jié)果數(shù)據(jù)，將所有結(jié)算分析結(jié)果與步驟C所設(shè)置的數(shù)據(jù)對 比，得到該曲軸零件模型是否滿足動平衡的結(jié)論。
上述步驟D中所述曲軸零件模型的動平衡分析計算就是指將相應(yīng)的數(shù)據(jù)放 到剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析的運算公式中，計算出平衡質(zhì)徑積，通過所得到的平衡質(zhì) 徑積來判斷曲軸零件模型的動平衡是否在生產(chǎn)要求的范圍內(nèi)。
所述步驟E的計算分析結(jié)果數(shù)據(jù)包括在兩個平衡校正面上的不平衡質(zhì)心、質(zhì) 徑積、質(zhì)量半徑以及當量不平衡質(zhì)量。
所述步驟E的結(jié)論是曲軸零件模型不滿足動平衡時，通過剛性轉(zhuǎn)子動平衡分 析的計算方法進行當量質(zhì)量的平衡矯正計算，得出達到生產(chǎn)要求的動平衡數(shù)值。
所述平衡矯正計算結(jié)論以三維視圖和數(shù)值顯示計算結(jié)果。 所述剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析的計算方法如下
對于質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的轉(zhuǎn)子，當其轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的離心力已不再 是一個平面匯交力系，而是空間力系。因此，單靠在某一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)加、減平衡 質(zhì)量的方法已不能解決動不平衡的問題。
在進行動平衡計算時，需將不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力分解為兩個指定平面內(nèi) 的力。這就需要用到質(zhì)徑積的分解和代替。
根據(jù)平行力的合成與分解原理，某一平面上的一個力，可以由任意選定的兩 個平行平面內(nèi)的兩個力代替它。如圖2所示，在不平衡質(zhì)量ffl所在平面的兩側(cè)選 定兩個平衡基面^和萬，設(shè)它們與歷所在平面的距離分別為a和6， ^和5兩個
平衡基面間的距離為/:。用來代替歷的兩個質(zhì)量分別為A^和附B，它們分別在力 和5兩個平衡基面內(nèi)，其向徑分別為^和 ，且w、 /^和/^三者在同一軸面內(nèi)。 則/n、 /^和A^所產(chǎn)生的離心力戶、尸,和尸s構(gòu)成同一平面內(nèi)的三個平行力。尸,
和PB能完全代替的條件如式(1)。
<formula>formula see original document page 9</formula>解上式可得式(3)。
<formula>formula see original document page 9</formula>
如圖3所示，設(shè)一剛性轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量^、 ％和/ 3分別位于平面1、 2 禾口3內(nèi)，^、 ^和^分別為其向徑。當該轉(zhuǎn)子以等角速度w回轉(zhuǎn)時，它們產(chǎn)生的
離心慣性力a、 ^和a構(gòu)成一空間力系。為了將其轉(zhuǎn)化為兩個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的靜 平衡問題，選定兩個平衡基面^和^，設(shè)兩者間的距離為"平面l、 2、 3到平 衡基面5的距離分別為6,、 62和63，到平衡基面^的距離分別為^、 a和a。
當m,位于平面/I和5之間時(如圖3中的w,、加2和附3)， a,和6,均為正；當m,
位于平面^和^之外時，fl,和&,均為負。根據(jù)1.2.1中敘述的質(zhì)徑積的分解與代
替，將不平衡重質(zhì)徑積w,。 、 w力、w力分別由平衡基面^和5內(nèi)的w,、和wfr,、
附2 2禾口附2 2、附3 3和附、代替(它們分別在同一軸面內(nèi))。因被分解代替的不
平衡質(zhì)量的向徑與分解后的向徑相等，故由式(3)可得式(4)。
<formula>formula see original document page 9</formula>經(jīng)過分解代替后，就把三個平行平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量問題簡化為集中在 和^兩個平行平衡平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量問題。詞理，有四個、五個、甚至更多個 平行平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量問題都可以用同樣的方法簡化為任意選定的兩個回轉(zhuǎn) 面內(nèi)的不平衡質(zhì)量問題。從而可以分別在平衡基面厶^內(nèi)按照質(zhì)量分布在同一 回轉(zhuǎn)面內(nèi)的情況解決不平衡問題。
在平衡基面^內(nèi)，假設(shè)m^為應(yīng)加的平衡質(zhì)量，其向徑和相位角分別為《和 W，不平衡向量的合向量的;c和j;向分量分別為(^和C;，合向量的相位角為 々、各不平衡質(zhì)量的相位角為A，則得式(5)。
<formula>formula see original document page 10</formula>類似地，在平衡基面A內(nèi)可得式(6)。 附aV cos々/ = -C， = -2附fr' cos A
(<formula>formula see original document page 10</formula>
權(quán)利要求
1、曲軸動平衡的設(shè)計方法，其特征在于將曲軸零件的模型進行切片分析，就是將曲軸零件的模型進行有限次的軸向分割，曲軸零件模型被分割成若干個切片，然后提取進行曲軸零件模型的相應(yīng)數(shù)據(jù)，將所得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)與預先設(shè)定的數(shù)據(jù)比較，最后判斷得到曲軸零件模型的動平衡是否在生產(chǎn)要求的范圍內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述曲軸動平衡的設(shè)計方法，其特征在于所述相應(yīng)數(shù) 據(jù)包括質(zhì)量、向徑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述曲軸動平衡的設(shè)計方法，其特征在于所述切片分 析步驟是根據(jù)剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析的原理設(shè)定了兩個平衡矯正面A、 B，參考基 準面，分析步驟如下A、 首先選擇兩個平衡校正面作為動平衡計算時的基準， 一個平衡校正面后， 再通過旋轉(zhuǎn)或移動零件來選擇另外一個平衡校正面；B、 用戶再選擇曲軸零件的一個端面來作為零件進行有限元次分割時的參考 基準面，且該參考基準面必須最后進行選擇；C、 確認上一步基準選擇是否正確，如果不正確則需要重新選擇，直到基準 選擇正確后，再設(shè)置待分析曲軸零件的長度和所劃分的精度(劃分精度的不同將 對分析結(jié)果產(chǎn)生不同的影響)，還有相應(yīng)的平衡精度和曲軸的轉(zhuǎn)速；D、 通過實體分析曲軸零件模型得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，再進行曲軸零件模型的動平 衡分析計算；E、 得到計算分析結(jié)果數(shù)據(jù)，將所有結(jié)算分析結(jié)果與步驟C所設(shè)置的數(shù)據(jù)對 比，得到該曲軸零件模型是否滿足動平衡的結(jié)論。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述曲軸動平衡的設(shè)計方法，其特征在于上述步驟D 中所述曲軸零件模型的動平衡分析計算就是指將相應(yīng)的數(shù)據(jù)放到剛性轉(zhuǎn)子動平 衡分析的運算公式中，計算出平衡質(zhì)徑積，通過所得到的平衡質(zhì)徑積來判斷曲軸 零件模型的動平衡是否在生產(chǎn)要求的范圍內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述曲軸動平衡的設(shè)計方法，其特征在于所述步驟E 的計算分析結(jié)果數(shù)據(jù)包括在兩個平衡校正面上的不平衡質(zhì)心、質(zhì)徑積、質(zhì)量半徑以及當量不平衡質(zhì)量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述曲軸動平衡的設(shè)計方法，其特征在于所述步驟E 的結(jié)論是曲軸零件模型不滿足動平衡時，通過剛性轉(zhuǎn)子動平衡分析的計算方法進 行當量質(zhì)量的平衡矯正計算，得出達到生產(chǎn)要求的動平衡數(shù)值。
7、根據(jù)權(quán)利要求1或3所述曲軸動平衡的設(shè)計方法，其特征在于所述平 衡矯正計算結(jié)論以三維視圖和數(shù)值顯示計算結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曲軸動平衡的設(shè)計方法，其特征在于將曲軸零件的模型進行切片分析，就是將曲軸零件的模型進行有限次的軸向分割，曲軸零件模型被分割成若干個切片，然后提取進行曲軸零件模型的相應(yīng)數(shù)據(jù)，將所得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)與預先設(shè)定的數(shù)據(jù)比較，最后判斷得到曲軸零件模型的動平衡是否在生產(chǎn)要求的范圍內(nèi)；本方法操作方便，計算分析準確、迅速；當進行設(shè)計曲軸零件時，可以快速對設(shè)計成型的曲軸零件進行動平衡分析，并能及時反映出零件動平衡的狀況，便于設(shè)計人員及時對曲軸設(shè)計作出相應(yīng)的修改，以達到動平衡要求，完全避免了利用動平衡機來完成對成品的測試工作；本方法相對傳統(tǒng)方法不僅計算精度得到了提高，而且還節(jié)約了大量財力、物力。
文檔編號G06F17/50GK101110093SQ20071004896
公開日2008年1月23日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者甯福貴 申請人:四川綿竹鑫坤機械制造有限責任公司