泵軸組件的動力學分析

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

泵在工作過程中高速旋轉(zhuǎn),帶動泵軸組件上的斜盤,不斷推動或拉動柱塞往復運動,完成泵吸油和排油的工作。本文敘述了泵軸組件的動力學分析,通過MSC.ADAMS的仿真,獲得泵軸組件的受力。

1 概述
泵在工作過程中高速旋轉(zhuǎn),帶動泵軸組件上的斜盤,不斷推動或拉動柱塞往復運動,完成泵吸油和排油的工作。泵在工作過程中,泵軸組件是高速旋轉(zhuǎn)的,柱塞沿泵的軸向方向做直線往復運動,泵軸組件的質(zhì)心位置,必然會引起泵客體支撐部位的受力變化,因此,對其進行動力學分析是很有必要的。泵的模型很大約有幾十個零件,運動模型卻不大只有幾個零件,但是用手工是很難計算出結果的,需要采用專業(yè)的機構運動學仿真軟件。在分析過程中,采用SOLIDWORKS軟件建立模型,通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模型的數(shù)據(jù)格式,輸入到MSC.ADAMS中,可以準確、快捷地獲得結果數(shù)據(jù),并進行多次仿真。
2 分析模型的建立
由于泵的零件比較多,而且分析的目的在于泵軸組件的受力,因此,只對泵軸組件進行建模,在SOLIDWORKS軟件中建立模型,通過PARASOLID(* .X_T)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化。
2.1 模型
泵軸組件主要由以下零件組成:泵軸、前斜盤、后斜盤、銷釘?shù)冉M成。前、后斜盤主要是通過銷釘和軸上的彈簧固定在軸上的,前、后斜盤在工作過程中,可能會存在一個軸向移動的調(diào)整過程,這與固定斜盤的彈簧剛度有很大的關系,由于分析的目的是運動部件,所以簡化模型,認為前、后斜盤是固定在軸上的。見圖1。

圖1 簡化模型圖

2.2 材料與屬性
計算中所使用的材料參數(shù)如下:
合金鋼的材料參數(shù):
彈性模量:206GPa
材料密度:7.9e+3kg/m3
泊松比:0.3
長度單位為:mm
2.3 模型載荷和約束圖
泵在工作過程中的轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分,仿真時考察泵旋轉(zhuǎn)一周的結果,仿真速度為s=10000x360/60=6xE4(°/s),仿真時間為t=6Xe-3(s)。泵的前、后斜盤是由泵客體組件支撐的,運動仿真時,對泵軸組件的前、后斜盤分別施加旋轉(zhuǎn)副,其中一個旋轉(zhuǎn)副是過約束,仿真時軟件會自動探測到,并在計算時自動取消過約束,從而獲得前、后斜盤支持部分的約束反力,見圖2。
前、后斜盤采用合并(布爾操作)的方式處理,而不采用施加固定副的方式,好處在于可以減少模型的自由度,簡化模型。

圖2 運動模型圖

3 計算結果圖
通過快速的仿真,獲得以下結果:模型質(zhì)心X、Y、Z方向的受力,支撐部位的X、Y、Z方向的受力。

圖3 前斜盤支撐部位的受力

圖4 后斜盤支撐部位的受力

圖5 質(zhì)心的位移

4 分析與結論
由圖4、5、6可得到泵組件前、后斜盤支撐部位的受力情況和組件質(zhì)心的位移結果。從圖3、4可知前、后斜盤的支撐部位, Y、Z方向的受力,在泵旋轉(zhuǎn)一周時,是周期變化的,這可能是泵軸組件的質(zhì)心與動平衡中心不重合引起的,從圖5的結果,也可以說明這個結論。
泵的運動過程是非常復雜的,在工作過程會受到工作介質(zhì)流體的作用力、結構中彈簧的作用力等等,采用傳統(tǒng)、常規(guī)的設計手段是很難了解泵工作的細節(jié),必須借助先進的軟件工具,結合工程實踐經(jīng)驗,才能提高設計效率和精度。MSC.ADAMS為設計人員提供了一個很好了解運動和力關系的平臺,幫助設計人員了解運動和力的細節(jié)。

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