泵轴组件的动力学分析

2017-03-02 by:CAE仿真在线来源:互联网

泵在工作过程中高速旋转,带动泵轴组件上的斜盘,不断推动或拉动柱塞往复运动,完成泵吸油和排油的工作。本文叙述了泵轴组件的动力学分析,通过MSC.ADAMS的仿真,获得泵轴组件的受力。

1 概述
泵在工作过程中高速旋转,带动泵轴组件上的斜盘,不断推动或拉动柱塞往复运动,完成泵吸油和排油的工作。泵在工作过程中,泵轴组件是高速旋转的,柱塞沿泵的轴向方向做直线往复运动,泵轴组件的质心位置,必然会引起泵客体支撑部位的受力变化,因此,对其进行动力学分析是很有必要的。泵的模型很大约有几十个零件,运动模型却不大只有几个零件,但是用手工是很难计算出结果的,需要采用专业的机构运动学仿真软件。在分析过程中,采用SOLIDWORKS软件建立模型,通过数据转化模型的数据格式,输入到MSC.ADAMS中,可以准确、快捷地获得结果数据,并进行多次仿真。
2 分析模型的建立
由于泵的零件比较多,而且分析的目的在于泵轴组件的受力,因此,只对泵轴组件进行建模,在SOLIDWORKS软件中建立模型,通过PARASOLID(* .X_T)数据格式转化。
2.1 模型
泵轴组件主要由以下零件组成:泵轴、前斜盘、后斜盘、销钉等组成。前、后斜盘主要是通过销钉和轴上的弹簧固定在轴上的,前、后斜盘在工作过程中,可能会存在一个轴向移动的调整过程,这与固定斜盘的弹簧刚度有很大的关系,由于分析的目的是运动部件,所以简化模型,认为前、后斜盘是固定在轴上的。见图1。

图1 简化模型图

2.2 材料与属性
计算中所使用的材料参数如下:
合金钢的材料参数:
弹性模量:206GPa
材料密度:7.9e+3kg/m3
泊松比:0.3
长度单位为:mm
2.3 模型载荷和约束图
泵在工作过程中的转速为10000转/分,仿真时考察泵旋转一周的结果,仿真速度为s=10000x360/60=6xE4(°/s),仿真时间为t=6Xe-3(s)。泵的前、后斜盘是由泵客体组件支撑的,运动仿真时,对泵轴组件的前、后斜盘分别施加旋转副,其中一个旋转副是过约束,仿真时软件会自动探测到,并在计算时自动取消过约束,从而获得前、后斜盘支持部分的约束反力,见图2。
前、后斜盘采用合并(布尔操作)的方式处理,而不采用施加固定副的方式,好处在于可以减少模型的自由度,简化模型。

图2 运动模型图

3 计算结果图
通过快速的仿真,获得以下结果:模型质心X、Y、Z方向的受力,支撑部位的X、Y、Z方向的受力。

图3 前斜盘支撑部位的受力

图4 后斜盘支撑部位的受力

图5 质心的位移

4 分析与结论
由图4、5、6可得到泵组件前、后斜盘支撑部位的受力情况和组件质心的位移结果。从图3、4可知前、后斜盘的支撑部位, Y、Z方向的受力,在泵旋转一周时,是周期变化的,这可能是泵轴组件的质心与动平衡中心不重合引起的,从图5的结果,也可以说明这个结论。
泵的运动过程是非常复杂的,在工作过程会受到工作介质流体的作用力、结构中弹簧的作用力等等,采用传统、常规的设计手段是很难了解泵工作的细节,必须借助先进的软件工具,结合工程实践经验,才能提高设计效率和精度。MSC.ADAMS为设计人员提供了一个很好了解运动和力关系的平台,帮助设计人员了解运动和力的细节。

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