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旋轉(zhuǎn)設(shè)備約一半以上的故障都與不平衡有關(guān)，傳統(tǒng)的平衡機(jī)采用手工去重方式，不僅生產(chǎn)效率低，不適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求且校正質(zhì)量差，對轉(zhuǎn)子的破壞大。近幾年國內(nèi)有少數(shù)企業(yè)斥資引進(jìn)國外全自動平衡機(jī)，開辟了國內(nèi)的臥式轉(zhuǎn)子的自動動平衡機(jī)的先進(jìn)模式。但是在立式盤類轉(zhuǎn)子的全自動自動動平衡機(jī)技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用上基本為國外某公司所壟斷，國內(nèi)絕大多數(shù)廠仍采用手工加重或去重校正，所以有必要對其進(jìn)行深層次的研究與開發(fā)。
立式自動動平衡機(jī)是對盤類轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡檢測及完成銑削去重的設(shè)備。在三維建模軟件SolidWorks上對立式盤類轉(zhuǎn)子自動動平衡機(jī)進(jìn)行三維樣機(jī)的虛擬建立。
動平衡機(jī)的檢測及校正精度與動平衡機(jī)的箱體息息相關(guān)，其力學(xué)特性及自身的位移變形量直接影響到動平衡機(jī)的工作性能。
箱體是動平衡系統(tǒng)的基礎(chǔ)部件，箱體臺面上裝有校正系統(tǒng)進(jìn)給臺及銑削設(shè)備，對整個動平衡校正系統(tǒng)起承載作用。動平衡測試系統(tǒng)的主軸套筒、主軸電機(jī)安置于箱體的基體上，去重系統(tǒng)的銑刀、上下和水平進(jìn)給動力源安置于臺面上，臺面是由箱體上的4個支柱支撐。
箱體是支撐擺架的裝置，其性能也直接影響動平衡試驗(yàn)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。平衡機(jī)箱體基座及立柱以灰鑄鐵為基體，彈性模量為6.63×1010N•m-2，抗剪強(qiáng)度 4.0×1010N•m-2，泊松比0.27，密度7.2×103kg•m-3，張力強(qiáng)度1.5×108N•m-2，抗壓強(qiáng)度5.72×108N•m-2，體積熱膨脹系數(shù)1.2×10-5m3•K-1，熱導(dǎo)率45W•m-1•K-1，比熱510J•kg-1•K-1。整個臺面的質(zhì)量是232.2kg，總重力G=232.2×9.8=2275.6N，臺面是由4個支撐板支撐的，所以每個支撐板的承載力是總重力的1/4，為568.9kg。在裝配體中所有接觸相面選擇無穿透的接觸條件，加載外部條件及劃分網(wǎng)格。
杭州那泰有限元分析公司在箱體和立柱之間定義4個螺栓接頭，螺母和螺栓孔的圓形邊線選擇分別是13.0mm和10.2mm，定義螺栓材料為合金鋼，初始力矩預(yù)載為10N•m，摩擦因數(shù)是0.2，激活緊密配合方式。有限元分析求解運(yùn)行后，得到仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
由箱體裝配體的有限元分析結(jié)果可知，箱體的基座在應(yīng)力、變形量相比箱體的立柱明顯較小，主要應(yīng)力、變形發(fā)生在立柱上側(cè)的支撐板上，可適當(dāng)增加支撐板厚度。
由箱體應(yīng)力圖解統(tǒng)計(jì)結(jié)果可得知，其箱體的最大應(yīng)力是值是7.38MPa，遠(yuǎn)小于抗壓極限強(qiáng)度572MPa，滿足載荷的校核強(qiáng)度。由此可得立柱的最大位移變形量是0.052mm，微小的變形程度不對擺架功能構(gòu)成影響，有限元分析結(jié)果驗(yàn)證了平衡機(jī)的箱體在設(shè)計(jì)上的合理性及可行性。
使用SolidWorks完成了對平衡機(jī)箱體的應(yīng)力及變形量的仿真計(jì)算，通過對其進(jìn)行有限元分析，得出箱體應(yīng)力和變形量由立柱至基體逐漸衰減的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到應(yīng)力最大值的發(fā)生處的量值滿足抗壓強(qiáng)度，最大變形量很小對動平衡機(jī)的工作精度不構(gòu)成影響，滿足機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上的要求。通過本次實(shí)驗(yàn)，為立式盤類轉(zhuǎn)子動平衡機(jī)的設(shè)計(jì)提供可靠的理論支持，提高虛擬樣機(jī)的可靠性與合理性。
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