高速凸輪分割器的質(zhì)量平衡問(wèn)題的研究
凸輪分割器是一種典型的常用機(jī)構(gòu),。由于它能以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，并有良好的運(yùn)動(dòng)剛性,，長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛的應(yīng)用于各種機(jī)械,。
凸輪分割器處于低速下工作時(shí)，可以作為剛性系統(tǒng)處理,。但在高速下運(yùn)動(dòng)時(shí),，由于慣性力引起的構(gòu)件彈性變形將嚴(yán)重影響機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)，特別是當(dāng)激振頻率和系統(tǒng)固有頻率接近時(shí),，彈性變形急劇加大,，因此在分析或設(shè)計(jì)高速凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，必須按彈性系統(tǒng)考慮。在處理的原則和方法上都與剛性系統(tǒng)有所不同,。同時(shí),，為了保證機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，具有預(yù)期的運(yùn)動(dòng)精度,，并能持久的保持這種精度,，則不僅需要研究其運(yùn)動(dòng)學(xué).動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，還涉及材質(zhì).加工和摩擦學(xué)問(wèn)題,。
加之,，近幾十年來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和相鄰學(xué)科的發(fā)展,，促使高速凸輪理論的研究不斷深入,。因此可以說(shuō)，高速凸輪是一個(gè)內(nèi)容非常豐富,，涉及多種學(xué)科的綜合性問(wèn)題,。
影響高速凸輪分割器動(dòng)態(tài)特性的因素有很多，包括有質(zhì)心偏心引起的慣性力（離心力）,，各個(gè)零部件阻尼,，軸承油膜振蕩，溫度場(chǎng),，多支承不同心等因素,。眾所周知，速度越高,，離心力越大,。而現(xiàn)代有許多旋轉(zhuǎn)機(jī)械都處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，如發(fā)動(dòng)機(jī),，汽輪機(jī),，離心機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子及汽車輪子等,。即使存在很小的不平衡,，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生非常大的離心力。請(qǐng)看下例：一個(gè)重10噸,，半徑為0.5米的圓柱形轉(zhuǎn)子,，其表面存在100克的不平衡量，在工作轉(zhuǎn)速為2000r\min時(shí),，根據(jù)方程式計(jì)算最后會(huì)產(chǎn)生2000（N）的離心力。若速度再增加,，離心力更大,。因此，即使在重達(dá)幾噸到幾十噸的轉(zhuǎn)子上存在幾百克的不均勻質(zhì)量分布，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很大的不平衡力,。轉(zhuǎn)子上不平衡離心力的存在,，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)器轉(zhuǎn)子，軸承和安裝基礎(chǔ)等產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),。在大多數(shù)情況下,，機(jī)械振動(dòng)是有害的。其主要危害有：
（1） 使機(jī)器支撐受到動(dòng)載荷的作用,，影響支撐的正常工作,。
（2） 動(dòng)，靜部分磨損,，基礎(chǔ)松裂,，或使機(jī)器油氣管裂開，自動(dòng)調(diào)節(jié)器失效,，致使機(jī)器要經(jīng)常維修或過(guò)早損壞,。
（3）擾動(dòng)四周的機(jī)械設(shè)備和儀表，使調(diào)節(jié)裝置和保護(hù)系統(tǒng)可能發(fā)生誤動(dòng)作而使設(shè)備和儀表無(wú)法正常工作,。
（4）產(chǎn)生噪音,，影響工作人員的身心健康。
如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子軸系的固有頻率相同或接近時(shí),，機(jī)器就會(huì)產(chǎn)生共振,。出現(xiàn)共振時(shí)，振幅迅速增大,，機(jī)組將產(chǎn)生激烈振動(dòng)以至于損壞,。據(jù)報(bào)道，在1972年6月,，日本關(guān)西海南電廠一臺(tái)60MW的汽輪機(jī)組在試車時(shí),，因振動(dòng)過(guò)大而造成飛車，致使機(jī)組全部報(bào)廢,。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰σ约皶r(shí)間有限,，我廠只針對(duì)偏心問(wèn)題進(jìn)行研究探討，力求找出用平衡質(zhì)量的方法來(lái)減小或者消除偏心,，進(jìn)而改善其高速下的運(yùn)動(dòng)特性,。如何在SolidWorks軟件下建立高速凸輪的精準(zhǔn)形狀和動(dòng)態(tài)分析，是本廠研究的重點(diǎn),。相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),，本廠工程師就以下內(nèi)容進(jìn)行了研究：
1）綜合運(yùn)用Matlab 和SolidWorks軟件生成精準(zhǔn)高速分度凸輪三維實(shí)體。
2）利用ComsmosWorks有限插件分析高速凸輪在高速條件下因偏心引起的慣性力,，振動(dòng),，位移,，變形等動(dòng)態(tài)特性。
3）利用試配重法,，在凸輪上位于偏心處鉆孔去掉一部分質(zhì)量,，減小偏心量，改善凸輪動(dòng)態(tài)特性,。
最終,，通過(guò)大量測(cè)量，我廠工程師找出了如何利用平衡質(zhì)量來(lái)改善高速凸輪動(dòng)態(tài)特性的方法,。為今后實(shí)際應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ),，提高了生產(chǎn)效率減少了出貨時(shí)間，并為客戶節(jié)約了資金和時(shí)間上的成本,。
