5.1 運動學分析
在轉速為900rpm、吸氣壓強為0.358Mpa、排氣壓強為2.97Mpa 的工況下,如圖7 和圖8 所示,由于正五邊形的對稱性,所有活塞的位移幅值和端面受力曲線基本一致,相位差為2π /5。
圖7 活塞位移曲線(900rpm)
圖8 活塞壓力曲線(900rpm)
在活塞端面受力曲線中可以很明顯的看到兩段壓力恒定的直線,對應了壓縮機工作中的吸氣和排氣狀態(上端為吸氣,下端為排氣),兩段曲線則分別對應了膨脹和壓縮狀態(左端為壓縮,右端為膨脹),和上文利用速度方向和活塞質心位置判定結果一致。
由于導向桿的約束所帶來的對稱性,使得靠近導向桿軸線的活塞(1 和5),其速度幅值要略大于遠離軸線的活塞(2 和4)速度幅值,如圖9 所示。導向桿所帶來的對稱性在加速度曲線圖中尤為明顯,如圖10 所示,且處于對稱軸線上的活塞3 的加速度曲線變化平穩而光滑,遠離軸線的活塞(1 和5)的加速度曲線則出現了一定的畸變,加速度的峰值相對原相位出現了超前或滯后的現象。
圖9 活塞速度曲線(900rpm)
圖10 活塞加速度曲線(900rpm)
出現這種情況在很大程度上是由于導向桿的運動約束造成的“軸對稱性”而非理想狀態下的空間對稱性,五個活塞在機構上并不處于完全對等的地位所致。在滿足了五個活塞在周向位移的要求的同時,因為連桿與行星盤的球鉸鏈球心有不同程度的空間運動,使得速度和加速度的傳遞出現了不同的結果。
5.2 動力學分析
通過分析可得導向桿頭部的受力情況(圖11)和壓縮機的功耗(圖12)。通過導向桿的受力曲線我們可將其作為有限元分析的邊界條件,分析其應力,應變,和疲勞。
通過將模擬所得的功耗同實際情況的功耗進行比較,按標準在該工況下功耗應為2.75KW,同模擬所得的曲線平均在2.7KW 是相當接近的,從而也可證明分析的精度是非常高的。
圖11 導向桿頭部受力曲線
圖12 壓縮機功耗曲線
6. 結語
通過分析,我們發現理論公式推導,和試驗數據同軟件運動學動力學仿真所得數據能達成較好的一致性。這說明前期三維實體建模和實體模型上的力學模型搭建的正確性,并進一步驗證了軟件動力學仿真的可行性。這不僅節省了大量的人力物力資源,更重要的是縮短了產品設計周期以減短了產品的生產制造周期,提高了優化設計的便捷性,降低了成本。
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