計(jì)算多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的雙級(jí)滑閥真空泵振動(dòng)平衡分析

計(jì)算多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的雙級(jí)滑閥真空泵振動(dòng)平衡分析雙級(jí)滑閥真空泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，運(yùn)用計(jì)算多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法開(kāi)展分析計(jì)算，可以獲得復(fù)雜動(dòng)力方程的準(zhǔn)確解。本文利用計(jì)算多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析了滑閥泵的振動(dòng)平衡，推導(dǎo)了有關(guān)計(jì)算公式，綜合了影響振動(dòng)平衡的多項(xiàng)因子并建立了雙級(jí)滑閥泵(雙缸構(gòu)造)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了該泵平衡前后的支座反力和振動(dòng)位移幅值。結(jié)果說(shuō)明，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果完全吻合，誤差可以忽略。結(jié)果也說(shuō)明計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法是可靠的計(jì)算方法，通過(guò)對(duì)雙級(jí)滑閥真空泵的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析可以得到各部件的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，其中包括雙級(jí)滑閥真空泵的振動(dòng)位移幅值，它直接反映了雙級(jí)滑閥泵的振動(dòng)現(xiàn)象，由此開(kāi)展動(dòng)平衡計(jì)算，從而到達(dá)降低振動(dòng)的目的。

雙級(jí)滑閥真空泵動(dòng)平衡構(gòu)造有兩種形式：兩缸構(gòu)造和三缸構(gòu)造。三缸構(gòu)造的滑閥真空泵的平衡則依靠自身構(gòu)造的力的相互抵消，事實(shí)上也并不能完全消除不平衡力，而且構(gòu)造固定導(dǎo)致很難再開(kāi)展優(yōu)化降低振動(dòng)，而雙缸構(gòu)造的平衡一般由配置平衡輪以及在內(nèi)部配置配重塊加以解決。單級(jí)滑閥式真空泵運(yùn)動(dòng)狀況已經(jīng)較為復(fù)雜，對(duì)于雙級(jí)滑閥真空泵的運(yùn)動(dòng)平衡研究更需建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，通過(guò)模型定量研究滑閥泵各運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)以及其對(duì)泵體的激振作用，到達(dá)減振降噪的目的。傳統(tǒng)的滑閥真空泵的振動(dòng)受力分析采用的是理論力學(xué)相關(guān)理論，是以滑閥泵主要構(gòu)件的位置、速度和加速度的微分關(guān)系以及矢量合成原理為根底開(kāi)展分析的。對(duì)于較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，手工推導(dǎo)便可得到較簡(jiǎn)單的微分方程組。然而，對(duì)于雙級(jí)滑閥泵，不管是兩缸構(gòu)造或三缸構(gòu)造，以及將來(lái)有可能出現(xiàn)的多缸構(gòu)造，要對(duì)其愈加復(fù)雜的構(gòu)型推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程有相當(dāng)?shù)睦щy，并且容易出錯(cuò)。

滑閥轉(zhuǎn)子變形忽略并考慮到滑閥泵運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)各部件的高速運(yùn)動(dòng)與構(gòu)件本身振動(dòng)的耦合，沖擊、油錘等現(xiàn)象的出現(xiàn)，因此利用計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)完成雙級(jí)滑閥泵的復(fù)雜機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，開(kāi)展相關(guān)計(jì)算公式的推導(dǎo)以得到雙級(jí)滑閥真空泵的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，據(jù)此開(kāi)展動(dòng)平衡的計(jì)算分析以降低振動(dòng)。1、滑閥泵多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析

計(jì)算多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是以系統(tǒng)中連接物體與物體的運(yùn)動(dòng)副為出發(fā)點(diǎn)，基于與運(yùn)動(dòng)副對(duì)應(yīng)的約束方程開(kāi)展位置、速度和加速度的分析。

滑閥泵可簡(jiǎn)化為如圖1的曲柄搖塊機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)由2個(gè)剛性構(gòu)件組成，剛體B1為偏心輪，剛體B2為滑閥。單級(jí)滑閥泵系統(tǒng)廣義坐標(biāo)個(gè)數(shù)為n=3×2=6。

圖1滑閥泵簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖

從以上數(shù)據(jù)可以看出：

(1)平衡后滑閥泵支座反力幅值最大值由11948N降到了4815N，降低了約三分之二，平衡效果顯著。

(2)平衡前滑閥泵的振動(dòng)位移幅度較大，x、y、z三個(gè)方向的振動(dòng)位移最大值為4.2mm，最小值也有1.2mm。而平衡后位移值大幅降低，x、y、z三個(gè)方向的振動(dòng)位移平均值控制在1mm范圍內(nèi)，y、z方向的最大值僅為0.37mm，x方向的振動(dòng)位移偏大，但是也只有1.1mm，是很理想的結(jié)果。同時(shí)，將研制的2H-150滑閥泵開(kāi)展了振動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試采用丹麥B&K公司4507型振動(dòng)加速度計(jì)。表1給出了實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算的振動(dòng)數(shù)據(jù)比較結(jié)果。

表1振動(dòng)數(shù)據(jù)比較表5、結(jié)論

(1)計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，滑閥泵的泵體質(zhì)量和體積會(huì)影響多剛體系統(tǒng)的質(zhì)心分布，所以對(duì)泵的振動(dòng)、平衡影響分析時(shí)應(yīng)考慮泵體的質(zhì)量和體積。

(2)在對(duì)滑閥泵開(kāi)展動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析時(shí)，滑閥導(dǎo)軌慣性力、泵體垂直方向零部件的質(zhì)量力對(duì)計(jì)算泵體支座反力有影響，它們對(duì)振動(dòng)平衡的作用不可忽略。

(3)從平衡的效果上看，平衡后的滑閥泵振動(dòng)性能有較大改善，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明振動(dòng)力和振動(dòng)位移幅值大大降低，實(shí)驗(yàn)結(jié)果則是滑閥泵實(shí)驗(yàn)樣機(jī)在不加地腳螺栓固定的情況下也不會(huì)有爬行和爬動(dòng)現(xiàn)象，振動(dòng)明顯減小，滑閥泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

(4)利用計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立的雙級(jí)滑閥泵的復(fù)雜機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，與實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)吻合，誤差在很小的范圍內(nèi)。該方法經(jīng)理論計(jì)算便可獲得滑閥泵的振動(dòng)位移值，從而可省略振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟，節(jié)約人力物力。

綜上所述，計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一種非常有效的計(jì)算方法，利用計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)雙級(jí)滑閥真空泵的振動(dòng)平衡開(kāi)展完整的