优化设计在风轮静平衡中的应用

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优化设计在风轮静平衡中的应用

为了延长风机的使用寿命，提高风机组件的稳定性。在使用之前都会要求做动平衡检查。因为转速越高，极其微小的不平衡都会引起很大的振动，从而降低产品的寿命。为了得到好的动平衡状态，在装配之前一般都会要求随同轴一起作高速回转运动的部件都各自做静平衡检查。静平衡是动平衡的基础，主要用于检查和修正高速运动的叶轮等零部件的单独平衡情况。静平衡检查的内容是看其重心是否正好与旋转轴心重合。若重合，则它能在任意转角位置保持平衡，否则便会发生转动，只能在某一位置(重心在轴线的正下方时)才能静止不动；静平衡修正是指通过静平衡试验，找出不平衡质量(附加或者减少该质量，使其达到平衡)，并在合适位置设法去掉或增加等量不平衡质量的办法，使被检查的零部件达到静平衡，以此来更好地保证风机的动平衡状态。
在产品的设计过程中，我们可以通过以下的方法分析出产品的重心，通过软件优化设计来使产品完全达到理论的静平稳状态。现以热水器的塑料风轮为例进行简要的说明。（限Pro/e软件）

1．
首先按设计要求画出完全对称的三维图，暂时去掉造成不对称的材料，以此来求得重心在回转轴上的具体位置，该位置也是此零件比较理想的重心位置。
2．
使用分析菜单的模型下的质量属性求得重心点及重心坐标，在分析分页里面选择类型为特征，并在特征分页里面创建基准CSYS_COG及PNT_COG。完成后模型树里就分显示出该特征。之所以要保存为特征是为了以后能使用到我们所创建的基准。（如图所示）

3．
接着按设计要求画出三维图，以此求得重心与对称零件重心的空间距离。
4．
同样按步骤2进行操作，求得不同的重心及重心坐标CSYS_COG及PNT_COG。
5．
用测量距离命令进行简单的评估测量，得到参数DISTANCE：ANALYSIS_DISTANCE_1，以此为得到静平衡提供合理选择的依据。
6．
由该风轮结构及测量数据可知，是因为该风轮安装处的扁方造成不平衡。主要有两种解决方法：第一种是在多余材料边的某一位置减材料；第二种是在多余材料的另一边某一位置加材料。以此来达到静平衡。两种方法的选择根据不同零件的要求来确定。在此我采用第一种减材料的方法。
7．
按要求在适当的位置切减材料，该零件以圆孔为例切减，位置选择在扁方平面的垂直线上，因为在这条线上才是对重心影响最大的地方，这样做可以使用最小的减切面积达到静平衡的要求。特别在零件结构要求严的情况下，这是比较好的选择方式。
8．
同样按步骤2进行操作，求得不同的重心点及重心坐标CSYS_COG及PNT_COG。
9．
用测量距离分析命令对第二个步与第八步所得的重心进行测量，得到参数DISTANCE：ANALYSIS_DISTANCE_2，当此值为0时，所得到的零件就达到了比较好的理论静平衡状态。
10．
在使该值为0时，我们必须明确影响该值的尺寸因素。按该例切减材料只得到两个尺寸，圆直径及圆的位置尺寸。现通过敏感度分析分别对两尺寸的取值范围进行确认。看两尺寸值在什么范围内对参数DISTANCE：ANALYSIS_DISTANCE_2值偏向零。在窗口内用尺寸图标分两次分析选择两尺寸，出图参数选择第九步的参数DISTANCE：ANALYSIS_DISTANCE_2。
11．
接着就是最后一步，也最重要的一步，进行可行性/优化分析。在研究类型与名称中选择优化以此来改变零件得到想要的结果，目标选择最小化，并在后面选择参数DISTANCE：ANALYSIS_DISTANCE_2，并在设计约束里面使参数DISTANCE：ANALYSIS_DISTANCE_2=0，在设计变量里面添加我们想改变的尺寸及尺寸的范围值，而后通过计算得到一系列满足要求的数值。选择符合要求的值另存为一个零件或直接改变现行的零件。以此来得到理论上比较好的静平衡风轮。
在有众多的要求条件下（在切减材料不是圆的情况），如要求切减的材料表面积要求最低或切减材料的外形周长要求最短，就得使用多目标设计研究分析命令来进行操作了，在此篇文章不作介绍。

jsmoka

谢谢分享啊

benscofield

吾错的文章

yezihao518

谢谢了学习了

zjk119

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jackyyang

很不错啊，支持支持咯

jackyyang

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