船用压缩机传动结构分析.pdf
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1、Hydraulics Pneumatics&Seals/No.2.2024doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2024.02.008船用压缩机传动结构分析姜慧君,王乐,李焱,骆各嘉,汪扬帆,盛军(合肥通用机械研究院有限公司高端压缩机及系统技术全国重点实验室,安徽合肥2 30 0 31)摘要:船用压缩机的减振降噪以往主要是通过增加减振装置、加强筋板或优化曲柄连杆结构等途径解决。基于船用压缩机减振降噪的需求,设计开发了曲柄圆滑块传动机构,从传动结构角度来降低船用压缩机的振动噪声。建立了机构的三维模型,并基于含间隙的运动副对传动结构做了仿真分析。关键词:减振降噪;曲柄圆滑块结构
2、;间隙;ADAMS中图分类号:TH138(State Key Laboratory of High-end Compressor and System Technology,Hefei General MachineryAbstract:In the past,the vibration and noise reduction of marine compressors was mainly through applying the vibration reduction device,strengthening the reinforcement plate or optimizing th
3、e crank connecting rod structure.Based on the demand of vibration and noise reduction ofmarine compressor,the crank circular slider transmission mechanism is designed and developed,and the vibration and noise of marinecompressor is reduced from the perspective of transmission structure.The three-dim
4、ensional model of the mechanism is established,and thetransmission structure is simulated based on the moving pair with gap.Key words:vibration and noise reduction;crank circular slider mechanism;clearance;ADAMS0引言空气压缩机作为舰船动力及保障系统的重要设备,输出的压缩空气不仅用在船用发动机的启动倒车、舰船风动工具的驱动、各类空气管阀的吹除等场合,更在舰船的各项操控中起到了重要作用。目
5、前船用高压空气压缩机采用的传动型式多为曲轴连杆结构,该结构具有技术成熟、加工方便 2 等优点,但也存在着机组体积重量大、振动噪声大的缺点。随着人们对舰船设备振动噪声指标越来越高的要求,为了降低机组的振动噪声,提高船员的操作舒适性,研究人员从动力学 3、惯性力及惯性力矩 4 、运动副间隙 5 等方向对曲轴连杆结构的压缩机做了深入研究 6 。在往复式压缩机运转过程中,曲轴在周期性载荷的作用下,会产生弯曲和振动,从而影响整个机组运收稿日期:2 0 2 3-0 8-2 4基金项目:安徽省重点研究与开发计划(2 0 2 10 4 h04020009)作者简介:姜慧君(198 9-),男,安徽安庆人,工程
6、师,学士,主要从事压缩机及净化设备的研究。文献标志码:A文章编号:10 0 8-0 8 13(2 0 2 4)0 2-0 0 4 3-0 4Analysis of Transmission Structure for Ship CompressorJIANG Hui-jun,WANG Le,LI Yi,LUO Jia,WANG Yang-fan,SHENG JunResearch Institute,Hefei 230031,China)行的平稳性。惯性力及惯性力矩是研究曲柄连杆机构的重要出发点,通过对机组惯性力及惯性力矩的分析研究,通常会采取对称布置及配合平衡铁来实现机组的稳定。但增加平衡铁
7、并不能完全消除机组的二阶惯性力,振动噪声依然比较大,并没有从源头上解决问题。运动副间隙主要研究的是在考虑制造误差及磨损的情况下,传动机构的运动副之间出现了间隙,引起了相互碰撞,从而进一步降低机组运动精度,产生振动噪声。综合以上对曲柄连杆传动结构的研究,为了从根源上减振降噪,本研究从压缩机传动结构出发,提出了一种曲柄圆形偏心滑块传动结构。在分析过程中考虑传动结构的运动副间隙及相互碰撞的影响,建立了机构的三维模型,运用ADAMS碰撞仿真,分析含间隙的曲柄圆滑块结构的动力学特性,探索间隙对传动机构和压缩机机组振动的影响,为舰船用设备的减振降噪提供一个新的研究思路。1由曲柄圆形偏心滑块结构曲柄圆形偏心
8、滑块传动机构是从曲轴连杆结构演43液压气动与密封/2 0 2 4 年第2 期变而来的一种结构,该型压缩机采用圆形偏心滑块取代连杆,活塞体直接套在圆形偏心滑块上,如图1所示。传统的活塞式压缩机依靠连杆将曲轴的旋转运动转化为活塞的往复运动。在这运动转换过程中有个重要的参数,曲柄连杆比入,它是曲柄半径r和连杆长度L之比值入=r/L,一般远小于1。在曲柄圆形偏心滑块结构中,曲柄半径与圆形偏心滑块的偏心半径相等,即入值为1,因此不需要庞大的曲轴箱来容纳连杆的转动。机组采用V形对称布置,通过运动学计算 7 可知,该机构没有二阶惯性力。采用该机构的压缩机具有振动噪声小的特点,符合舰船压缩机的发展趋势。气缸活
9、塞一偏心滑块一曲柄轴图1曲柄圆滑块传动结构2曲柄圆滑块结构建模曲柄圆滑块结构由曲柄轴、圆形偏心滑块和活塞组成。机构的传动关系如图2,曲柄转动带动圆形偏心滑块转动,圆形偏心滑块驱动活塞在气缸内往复运动。两列活塞布置呈9 0 关系,活塞的运动关系相差1/4 个周期,在一列活塞处于上止点速度为零时,另一列活塞处于行程中点速度最大处。两列活塞相互约束,保证机器的连续运转。偏心滑块,圆形偏心滑块与活塞之间都是转动副的关系。此时,活塞的位移、速度与加速度特性为一阶简谐曲线。整个机械传动过程中,没有传动效率的损失,且机组没有因惯性力引起的振动噪声。曲柄X圆形偏心滑块图3曲柄圆滑块结构理论转动副模型4含间隙的
10、实际转动副模型口在实际的运动副机构中,由于零部件加工精度及一曲轴箱公差配合和使用磨损等原因,间隙是不可避免的。间隙影响了运动副的传动精度和效率,使运动实际结果与理论模型分析产生了偏差,最终使得机构的运动规律与理论设计并不一致。而且,间隙会使运动副之间产生相互碰撞和摩损,引起冲击载荷和摩擦力,进一步降低传动效率和扩大运动副间隙,激发出噪声和振动,形成恶性循环,最终造成运动副的失效和传动结构的破坏 8 。目前对于含间隙的转动副有三种建模方法:第一种偏向于理论情况,是基于轴孔持续接触且没有变形来建模,该种方法相对简单但精度不高;第二种是基于轴孔处于接触和分离两种阶段来建模,增加了对形变和阻尼的考虑,
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