活塞壓縮部件的動(dòng)態(tài)分解

　　本文利用三維計(jì)算機(jī)輔助(Aid)設(shè)計(jì)(design)軟件Pro/E建立連桿的三維幾何模型，并保存為IGES格式的文件
　　在ANSYS Workbench集成環(huán)境下，通過reader模式將IGES格式的文件導(dǎo)入至Workbench中建立連桿的有限元模型，通過計(jì)算得出了該連桿的模態(tài)分布情況以及每一模態(tài)下的振型，分析計(jì)算結(jié)果并指出了連桿的薄弱（解釋:單薄而不堅(jiān)強(qiáng))環(huán)節(jié)。
　　2連桿有限元模型的建立對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模時(shí)，常采用以下方法：（1）在ANSYS或ANSYS Workbench中直接建模，適用于結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的模型。
　　（2）在三維CAD軟件中建立三維模型，通過(tōng guò)與分析(Analyse)軟件的接口將模型導(dǎo)入，適用于較復(fù)雜的模型，但導(dǎo)入后模型容易出錯(cuò)，給下一步網(wǎng)格的劃分帶來困難，且修復(fù)模型需要浪費(fèi)很多時(shí)間和精力。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 
　?。?）在三維CAD軟件中建立三維模型(model)，使用CAD接口(interface)以plug-in或reader模式讀入到Workbench中，此法可以正確無誤地導(dǎo)入三維模型，而且可以直接以AWE為平臺(tái)直接對(duì)結(jié)構(gòu)劃分網(wǎng)格并進(jìn)行相應(yīng)的分析(Analyse)
　　本文采用第三種方法(method)，利用GOOGLE PRo/E建立連桿的三維幾何模型(model)，并保存為IGES格式的文件。通過reader模式(pattern)導(dǎo)入至Workbench中。在對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)采用Workbench中的默認(rèn)選項(xiàng)，將連桿分為9275個(gè)單元、15253個(gè)節(jié)點(diǎn)，劃分網(wǎng)格后的連桿有限元模型如所示。坐標(biāo)系取沿連桿的長(zhǎng)度方向(direction)為X軸，連桿大頭圓孔的中心線方向?yàn)閅軸，Z軸由右手定則確定。
　　3連桿的有限元求解與結(jié)果(result)分析(Analyse)連桿做平面運(yùn)動(dòng)(movement)，兩端受到活塞銷(Piston Pin)和曲柄銷的限制。為此在兩端孔軸線上定義圓柱坐標(biāo)系，孔端上的點(diǎn)有繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，模態(tài)是由系統(tǒng)(system)的固有特性決定的、與外載荷無關(guān)，故不需設(shè)置(Settings)載荷邊界條件。利用上面建立的三維有限元模型對(duì)EQ1141G空壓機(jī)(compressor)連桿進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，分析截止頻率(frequency)采用默認(rèn)形式。截取了連桿的20階模態(tài)。
　　由計(jì)算結(jié)果可以看出，該連桿的模態(tài)比較密集，在100～2000 Hz間有9階模態(tài)除了300～400 H
　　Z、500～600 H
　　Z、700～1000 H
　　Z、1300～1400 H
　　Z、1800～2500 H
　　Z、2900～3400 Hz之外的每100頻段內(nèi)都有1階模態(tài)，而在2000～4100 Hz之間的模態(tài)主要分布在3400～4100 Hz頻段內(nèi)，共有7階模態(tài)，并且相鄰兩階模態(tài)之間相差不是很大。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 車用壓縮(compression)機(jī)處于變工況、變轉(zhuǎn)速(Rotating speed)條件，連桿在工作過程中需承受活塞傳遞的氣體力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)(movement)質(zhì)量的慣性（inertia)力及自身擺動(dòng)產(chǎn)生的慣性力、此外還有大小頭軸承(bearing)過盈產(chǎn)生的裝配應(yīng)力及螺栓的預(yù)緊力。慣性力變化與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，其頻率(frequency)通常是壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)源DD發(fā)動(dòng)機(jī)基頻的諧次，而氣體力在某種程度上可以看作脈沖激勵(lì)，其頻率范圍很寬。
　　可以看出，在1700 Hz以下的前8階模態(tài)內(nèi)，連桿的振動(dòng)形式多樣，集中表現(xiàn)為彎曲振動(dòng)。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。第1階、第2階和第3階分別為繞X軸、Z軸和Y軸的彎曲振動(dòng)，并稍帶扭轉(zhuǎn)；第4階為連桿小頭的局部（part)振動(dòng)；第5階和第6階模態(tài)分別為繞Z軸和Y軸的1階、2階的彎曲振動(dòng)；第7階為連桿的彎扭復(fù)合(complex)振動(dòng)；第8階為繞Z軸的2階、3階的彎曲振動(dòng)。在所有的整體振型下，連桿的大、小頭圓孔都存在失圓現(xiàn)象?？椎氖A會(huì)使大頭與曲軸連桿軸頸、小頭與活塞(piston)銷失去正常(normal)配合，導(dǎo)致常見的抱瓦、燒瓦、減磨材料疲勞掉落等一系列故障。連桿的彎曲振動(dòng)會(huì)使活塞相對(duì)于氣套、軸頸相對(duì)于軸承(bearing)發(fā)生歪斜，產(chǎn)生附加應(yīng)力，引起裂紋和損壞(damage)。
　　由振型圖還可知，彎曲振動(dòng)和彎扭復(fù)合振動(dòng)時(shí)，連桿的結(jié)構(gòu)形狀變化最大，而且有顯著（striking）的節(jié)點(diǎn)位置（position )。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)是回轉(zhuǎn)式連續(xù)氣流壓縮機(jī)，在其中高速旋轉(zhuǎn)的葉片使通過它的氣體加速，從而將速度能轉(zhuǎn)化為壓力。這種轉(zhuǎn)化部分發(fā)生在旋轉(zhuǎn)葉片上，部分發(fā)生在固定的擴(kuò)壓器或回流器擋板上。
　　第1階、第2階、第3階折疊振型的節(jié)點(diǎn)在連桿的中部，第5階彎扭復(fù)合(complex)振型的節(jié)點(diǎn)位置與第6階彎曲振型的節(jié)點(diǎn)位置基本相同，節(jié)點(diǎn)位置有2個(gè)，分別在連桿桿身與連桿小頭結(jié)合部分和連桿桿身與大頭結(jié)合部分；第7階彎扭復(fù)合振動(dòng)時(shí)節(jié)點(diǎn)在桿身中間，出現(xiàn)應(yīng)力集中；第8階彎曲振型的節(jié)點(diǎn)有2個(gè)，分別在連桿中部和接近小頭的部位。所以，在對(duì)連桿進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮桿身與大、小頭的連接部位應(yīng)力集中的影響(influence)，更要考慮桿身的中間部位及連桿動(dòng)態(tài)特性對(duì)其疲勞強(qiáng)度的影響。
　　4結(jié)論（1）連桿的動(dòng)態(tài)特性分析是靜態(tài)設(shè)計(jì)的補(bǔ)充和發(fā)展，是對(duì)連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)、提高(其使用可靠性的重要手段。
　?。?）該連桿的模態(tài)密集，特別是第1、第2階模態(tài)頻率(frequency)偏低，在工作(gōng zuò)過程中受到空壓機(jī)(compressor)激勵(lì)(Excitation)的作用，比較容易引起共振響應(yīng)，導(dǎo)致連桿某些部位動(dòng)應(yīng)力過大，應(yīng)在設(shè)計(jì)改進(jìn)中予以重視。
　?。?）連桿的應(yīng)力集中一般在大、小頭連接部位，但桿身的中部應(yīng)力集中現(xiàn)象也較明顯，因此應(yīng)改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮連桿的中部。
　　（4）因折疊振動(dòng)(vibration)易產(chǎn)生裂紋，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮，避免產(chǎn)生過多的彎曲振動(dòng)，減少疲勞損傷，以提高連桿的使用壽命(lifetime)。
　?。?）用有限元法對(duì)連桿進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析是行之有效的。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。