活塞壓縮部件的動(dòng)態(tài)分解

　　本文利用三維計算機輔助(Aid)設計(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A(yíng)NSYS Workbench集成環(huán)境下，通過(guò)reader模式將IGES格式的文件導入至Workbench中建立連桿的有限元模型，通過(guò)計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，分析計算結果并指出了連桿的薄弱（解釋:單薄而不堅強)環(huán)節。
　　2連桿有限元模型的建立對實(shí)體結構進(jìn)行三維建模時(shí)，常采用以下方法：（1）在A(yíng)NSYS或ANSYS Workbench中直接建模，適用于結構比較簡(jiǎn)單的模型。
　?。?）在三維CAD軟件中建立三維模型，通過(guò)(tōng guò)與分析(Analyse)軟件的接口將模型導入，適用于較復雜的模型，但導入后模型容易出錯，給下一步網(wǎng)格的劃分帶來(lái)困難，且修復模型需要浪費很多時(shí)間和精力。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。 
　?。?）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(wú)誤地導入三維模型，而且可以直接以AWE為平臺直接對結構劃分網(wǎng)格并進(jìn)行相應的分析(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(guò)reader模式(pattern)導入至Workbench中。在對幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)采用Workbench中的默認選項，將連桿分為9275個(gè)單元、15253個(gè)節點(diǎn)，劃分網(wǎng)格后的連桿有限元模型如所示。坐標系取沿連桿的長(cháng)度方向(direction)為X軸，連桿大頭圓孔的中心線(xiàn)方向為Y軸，Z軸由右手定則確定。
　　3連桿的有限元求解與結果(result)分析(Analyse)連桿做平面運動(dòng)(movement)，兩端受到活塞銷(xiāo)(Piston Pin)和曲柄銷(xiāo)的限制。為此在兩端孔軸線(xiàn)上定義圓柱坐標系，孔端上的點(diǎn)有繞軸轉動(dòng)的自由度，模態(tài)是由系統(system)的固有特性決定的、與外載荷無(wú)關(guān)，故不需設置(Settings)載荷邊界條件。利用上面建立的三維有限元模型對EQ1141G空壓機(compressor)連桿進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，分析截止頻率(frequency)采用默認形式。截取了連桿的20階模態(tài)。
　　由計算結果可以看出，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，共有7階模態(tài)，并且相鄰兩階模態(tài)之間相差不是很大。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。 車(chē)用壓縮(compression)機處于變工況、變轉速(Rotating speed)條件，連桿在工作過(guò)程中需承受活塞傳遞的氣體力、往復運動(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(guò)盈產(chǎn)生的裝配應力及螺栓的預緊力。慣性力變化與壓縮機的轉速有關(guān)，其頻率(frequency)通常是壓縮機的驅動(dòng)源DD發(fā)動(dòng)機基頻的諧次，而氣體力在某種程度上可以看作脈沖激勵，其頻率范圍很寬。
　　可以看出，在1700 Hz以下的前8階模態(tài)內，連桿的振動(dòng)形式多樣，集中表現為彎曲振動(dòng)。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個(gè)轉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；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象?？椎氖A會(huì )使大頭與曲軸連桿軸頸、小頭與活塞(piston)銷(xiāo)失去正常(normal)配合，導致常見(jiàn)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 )使活塞相對于氣套、軸頸相對于軸承(bearing)發(fā)生歪斜，產(chǎn)生附加應力，引起裂紋和損壞(damage)。
　　由振型圖還可知，彎曲振動(dòng)和彎扭復合振動(dòng)時(shí)，連桿的結構形狀變化最大，而且有顯著(zhù)（striking）的節點(diǎn)位置（position )。昆山空壓機保養是回轉式連續氣流壓縮機，在其中高速旋轉的葉片使通過(guò)它的氣體加速，從而將速度能轉化為壓力。這種轉化部分發(fā)生在旋轉葉片上，部分發(fā)生在固定的擴壓器或回流器擋板上。
　　第1階、第2階、第3階折疊振型的節點(diǎn)在連桿的中部，第5階彎扭復合(complex)振型的節點(diǎn)位置與第6階彎曲振型的節點(diǎn)位置基本相同，節點(diǎn)位置有2個(gè)，分別在連桿桿身與連桿小頭結合部分和連桿桿身與大頭結合部分；第7階彎扭復合振動(dòng)時(shí)節點(diǎn)在桿身中間，出現應力集中；第8階彎曲振型的節點(diǎn)有2個(gè)，分別在連桿中部和接近小頭的部位。所以，在對連桿進(jìn)行設計時(shí)，不僅要考慮桿身與大、小頭的連接部位應力集中的影響(influence)，更要考慮桿身的中間部位及連桿動(dòng)態(tài)特性對其疲勞強度的影響。
　　4結論（1）連桿的動(dòng)態(tài)特性分析是靜態(tài)設計的補充和發(fā)展，是對連桿結構進(jìn)行合理設計、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(guò)程中受到空壓機(compressor)激勵(Excitation)的作用，比較容易引起共振響應，導致連桿某些部位動(dòng)應力過(guò)大，應在設計改進(jìn)中予以重視。
　?。?）連桿的應力集中一般在大、小頭連接部位，但桿身的中部應力集中現象也較明顯，因此應改變傳統的設計觀(guān)念，在設計時(shí)充分考慮連桿的中部。
　?。?）因折疊振動(dòng)(vibration)易產(chǎn)生裂紋，所以在設計時(shí)應充分考慮，避免產(chǎn)生過(guò)多的彎曲振動(dòng)，減少疲勞損傷，以提高連桿的使用壽命(lifetime)。
　?。?）用有限元法對連桿進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析是行之有效的。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。