高速动平衡机摆架振动特性分析与改进

　　旋转机械产生振动的原因是转子具有不平衡量，其 中 由 不 平 衡 量 引 起 的 振 动 占 所 有 振 动 的24%[1]，对于高速旋转机械，由不平衡原因引起的振动就更为显著.因此，对各种旋转机械的旋转部件，进行动平衡检验是必须进行的，其优劣程度直接影响到机械的精度和寿命.

　　要对旋转部件进行动平衡，就必须用到动平衡机，而与动平衡机的检测精度息息相关的为动平衡机的摆架，动平衡机摆架的动力学特性直接影响到动平衡机的工作性能.动平衡机摆架的动刚度特性直接影响到动平衡机摆架的固有频率.因此需要对动平衡机摆架进行动刚度分析，找出其上的薄弱环节，为动平衡机摆架的优化设计提供依据，确保转子的动平衡实验能顺利进行[1-3].

　　本文使用ANSYS　12.0软件，对某公司的高速动平衡机摆架进行模态分析和谐响应分析.为了提高摆架的1阶自振频率，避开共振点，确保动平衡试验能顺利进行，提出5种改进方法.对不同改进方法下的摆架进行谐响应分析，得到动平衡机摆架的动刚度曲线，分析动刚度曲线，选择出最优设计方案.为高速动平衡机摆架的结构设计和优化提供依据.

　　1　摆架结构

　　本文的高速动平衡机为某公司的产品，其主要性能指标如下：转子质量范围为0.12～2.5t，最大转速频率为280Hz.当转速频率达到280Hz，而摆架结构的自振频率在280Hz左右时，就会产生共振.设计时要避开共振点.卧式动平衡机的支撑系统称为摆架.摆架的动力学特性直接影响到动平衡试验是否能顺利进行和试验数据的准确性，因此，对摆架进行动力学特性分析是不可或缺的.图1为某公司高速动平衡机摆架结构图.摆架结构主要由轴承座、弹性支撑主刚度杆、附加刚度机构、桥架钢板和机座钢板组成.整个支撑系统除了以上所说的结构以外还有摆架锁紧机构、摆架移动机构等等。

　　2　摆架的计算

　　刚度是指受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力.在静载荷作用下，结构抵抗变形的能力称为静刚度，计算方法[2]为：

　　动载荷情况下结构抵抗变形的能力为动刚度.如果动载荷的变化情况远小于结构的固有频率，可以认为动刚度和静刚度基本一样.若动载荷的变化频率远大于结构的固有频率，结构也不易于变形，动载荷对结构的干扰较小.但是，如果动载荷的变化频率与结构的固有频率相近，会发生共振，此时动刚度最小，变形最大，是结构最容易发生破坏的情况.设计中常避开共振.

　　根据有限元方法的基本思想，进行有限元分析时，需要把机构离散化为有限个连续的单元体，建立各单元点的位移、速度、加速度和力的关系，最后通过变形协调条件建立方程求解.