气体力作用下涡旋压缩机传动系统动平衡研究

王训杰，李海生

1 引言

涡旋压缩机的动涡旋盘在防自转机构的约束下，由主轴驱动作公转平动，形成的数对月牙形封闭容积由大变小周期性变化。涡旋压缩机传动系统中动涡旋盘高度的中点A处承受切向气体力Ft、径向气体力Fr和轴向气体力Fa作用，大小平衡块所产生的离心力Fdc和Fxc、三个轴承承受的力Fzzc、Fzjzc和Fyzc，以及曲轴和动涡旋盘偏心产生的离心力作用，而离心力不是一个平面汇交力系，涡旋压缩机传动系统设计中必需进行动静平衡设计，通常需要二次平衡[1]，如图1所示。

传动系统动平衡性能评价多以惯性力、惯性力矩、轴承的支撑力为指标。文献[2]以平衡块的基本形状参数为设计变量，主轴中间轴承承受的力为约束目标，分析完成了传动系统动平衡的仿真分析及优化设计；文献[3]以轴承支撑合力、箱体底板的支撑力、输入扭矩及相应值的标准偏差的组合函数为优化目标，开展了多目标优化设计研究；文献[4]对传动系统进行多体动力学分析，得到曲轴曲柄销受力载荷和主副轴承受力载荷。以上文献的研究均未考虑动涡旋盘所受的气体力对动平衡的影响，而忽略气体力的设计可能导致涡旋压缩机主轴轴承的磨损及机架的振动加剧[5]。

一种气体力作用下涡旋压缩机传动系统动平衡结构优化解决方案，如图2所示。首先分析动涡旋盘所受气体力的数学模型，选取切向气体力Ft、径向气体力Fr、轴向气体力Fa及其标准偏差为优化目标，获得气体力最小情况下的结构参数尺寸，然后按照气体力优化后的结构尺寸建立动力学仿真模型，施加相应的气体力到动涡旋盘，最后采用改进遗传算法分析传动系统动平衡，从而得到动态优化设计方案。……