動平衡設計的案例
渦旋壓縮機轉軸系統動平衡設計與仿真驗證
分析誤差計算結果可知，動平衡理論設計值與動力學仿真值之間的誤差（Δ1、Δ2）非常之小，誤差范圍僅在 0.06%~0.39% 之間。根據工程設計規范和經驗，機械設計誤差在實際當中是難以避免的，而這種極小誤差是符合機械精度設計要求的。通過誤差分析，驗證了渦旋壓縮機轉軸系統設計的正確性，說明動平衡理論計算結果準確、設計方案合理可行。
4 結語
工程設計經驗和生產實踐表明，高速轉子結構必須具備良好的動平衡性能。通過渦旋壓縮機轉軸系統的動平衡設計計算，確定了平衡鐵的形狀、質量及分布位置，有效抵消了主軸轉動過程中產生的離心慣性力。動力學仿真結果驗證了動平衡設計方案的正確性，為渦旋壓縮機系統的動平衡設計與性能改進提供了重要技術參考。
文章來源：中北二院研究生工作
展開 什么是靜平衡/動平衡？如何使用便攜式測量設備進行靜平衡/動平衡？
?
本應用說明將通過幾個實例介紹
如何平衡旋轉機械
。比較直接的方法是通過操作簡便的便攜式B＆K儀器測量以額定轉速在自承軸承中運行的旋轉部件。
與更為復雜和昂貴的平衡機相比，此種布置能實現更優的平衡等級。
什么是靜平衡？
基本平衡
描述的是可將由旋轉物體中不平衡的質量分量引起的主力分解在一個平面中并僅通過在該平面中
添加質量以實現平衡
的過程。由于對象在靜態條件下將
達到完全平衡
（但在動態條件下則不一定），因此通常稱為靜平衡。
什么是動平衡？
二次平衡
描述的是可將由旋轉物體中不平衡的質量分量引起的主力和次要力偶分解為兩個（或多個）平面并通過在這些平面中
增加質量增量實現平衡
的過程。這種不平衡僅在對象旋轉時才變得明顯，因此該過程通常稱為
動平衡
。動態平衡后，對象將在靜態和動態條件下完全平衡。
靜平衡和動平衡之間的差異如圖1所示。可以看出，當轉子靜止（靜態）時，端部質量可能會相互平衡。但在旋轉（動態）時不平衡會更強烈。
基礎理論
當對象旋轉時，它的軸承會產生振動，將該對象定義為“不平衡”。
軸承振動
是由于不平衡的質量分量與旋轉引起的徑向加速度相互作用而產生的，它們
共同產生離心力
。
質量分量旋轉時，力也會旋轉，并嘗試沿力的作用線在其軸承中移動對象。因此，軸承上的
任何一點
都將承受波動的力。
在實踐中，軸承上的力將
由主力與次要力組成
，主力由軸承平面內或附近的質量分量不平衡引起，次要力則由其他平面上不平衡的偶合分量引起。
展開 什么是動平衡？??
圖8 離心力隨著不平衡量和轉速的增加而增加
2）耦合的不平衡（雙面）
當旋轉軸在兩個不同的截面有兩個相等的不平衡量，且相位相差180度時，就會出現耦合的不平衡，如圖9所示。這將導致旋轉軸通過慣性主軸時不平行。
圖9 兩個質量塊增加在兩個截面，且彼此相差180度
為了補償耦合的不平衡，質量塊必須增加在兩個截面。
3）動不平衡（雙面）
動不平衡是不平衡類型中最常用的，它是靜不平衡和耦合不平衡的組合。當慣性主軸與旋轉幾何中心不相交也不平衡時，就會出現動不平衡。
圖10 動不平衡是靜不平衡和耦合不平衡的組合
動不平衡會引起系統晃動或傾斜。為了補償它，必須在兩個截面增加質量。
4）單面和雙面動平衡
平衡包括在軸上的單面或多面增加質量。
圖11 軸上的單面和雙面
單面動平衡只在軸的一個截面上增加質量，因而，它只能補償靜不平衡。
展開 混動車型平衡軸齒輪敲擊噪聲優化
本文中深入闡述了平衡軸齒輪敲擊產生和傳播機理，通過開發雙級TVD降低齒輪外部激勵和開發雙消隙平衡軸減小嚙合過程中輪齒雙側受力沖擊的兩種方法，達到優化齒輪敲擊噪聲的目的，對平衡軸齒輪設計和敲擊問題優化具有重要的工程意義。
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混動車型平衡軸齒輪敲擊問題介紹
某款2.0T發動機為橫/縱置混動SUV車型共平臺生產，其搭載7DCT自動擋橫置變速器后NVH性能市場表現良好，而搭載縱置9HAT自動擋變速器時，車內外在中高轉速全油門及半油門工況下可明顯感知存在類似嘩啦音的金屬敲擊聲，特別是在2500-5200r/min轉速區間，表現出頻率成分為3000-5000Hz的寬頻段激發特性。同步測試整車各零部件振動發現，油底殼本體振動與油底殼近場噪聲對應性明顯，橫/縱置油底殼近場噪聲和油底殼排氣側振動對比如圖1所示。
圖1 整車油底殼近場噪聲和振動對比
油底殼在2500-5200r/min范圍存在寬頻振動，而其周圍布置旋轉零部件主要激勵源為曲軸或者平衡軸齒輪，在去除平衡軸總成進行整車測試后，敲擊振動噪聲消失，由此判斷該敲擊噪聲來自平衡軸齒輪。
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橫/縱置平衡軸系統差異性分析
橫置發動機NVH性能市場表現良好，而縱置發動機NVH表現出敲齒振動噪聲，須分析其結構主要變化點，進而分析導致齒輪敲擊變化的影響因素，平衡軸驅動形式如圖2所示。平衡軸驅動齒圈位于曲軸第6平衡塊，平衡軸總成為底置形式，包含兩級齒輪，其中1級齒輪為消隙齒輪，結構如圖3所示。消隙齒輪工作原理是：扭轉彈簧為獨立件，通過中間彈簧產生彈力，使主副齒產生錯齒，消除嚙合側隙，避免由于齒輪側隙產生的敲齒風險。
展開 
輪轂動平衡工藝優化
王冠勛 李寧 田倬于 李巖 連美麗
駐馬店中集華駿鑄造有限公司
《金屬加工（冷加工）2018年收錄》
隨著國內外車橋企業的發展，目前部分企業所設計的輪轂要求有動平衡量，實際生產過程中，由于種種原因，即使精度很好的機床也很難保證加工出的輪轂動平衡量完全符合圖樣要求，不可避免地會出現一些因動平衡量超差而報廢的工件。
一、原生產工藝及存在的問題
以我司某輪轂為例，零件號為873，由于鑄造設備及工藝的不穩定性，毛坯鑄造出來后不可避免會存在脹箱和錯箱等鑄造缺陷。該產品的加工工藝為：數控臥車校正加工→數控立車1加工→數控立車2加工→數控立車3加工→加工中心鉆孔→動平衡測量→動平衡去重→動平衡復檢。
根據此工藝加工出的輪轂動平衡合格率為7.5%，而發現輪轂動平衡不合格時，輪轂已全部加工完畢，因動平衡不合格導致報廢，損失嚴重，故研究新加工工藝。
二、新工藝試驗
在制作873輪轂時，安排現場操作人員在數控立車1加工完畢后，將工件下架單獨放置，做標記注明動平衡試驗。以20件為一組，安排加工60件做動平衡試驗。此60件873輪轂加工完畢后，轉運至動平衡區域進行檢測，將動平衡量和位置標注在輪轂不加工面，動平衡位置劃分如附圖所示，測量完畢后轉運至生產線按試驗要求加工。
動平衡位置劃分圖
試驗過程分三組進行，將數控立車1加工后測量動平衡量稱為首檢，將加工完畢后測量動平衡量稱為終檢。
展開 『分享』多功能軸系動平衡及振動分析系統
摘 要 本文詳細介紹了作者研制的多功能軸系動平衡振動分析系統。本系統具有振動測試、信號分析、故障診
斷、振動數據庫、動平衡數據準備、動平衡計算和優化、動平衡資料管理、試重參考、分重計算、結果輸出等功能,并采用了
去除偏擺影響、多目標配重優化等代表最新進展的技術,為振動測試分析和動平衡試驗提供了完整的工作平臺。
多功能軸系動平衡及振動分析系統.PDF
某60Hz汽輪機轉子高速動平衡試驗研究
尤其是計算的第一階臨界轉速與實測的非常接近，而二階和三階臨界轉速與實測值存在一定的誤差，且從圖中兩軸承處紅點的偏離位移可以看出擺架振動對整個轉子系統的二階和三階振型影響較大，因此該高速動平衡機擺架對轉子系統高階臨界轉速影響較大。
由于在建模過程中將該高速動平衡機的擺架簡化為單自由度結構，且其動力特性系數掌握的不是十分準確，因此計算的高階臨界轉速與實測存在一定的誤差。
雖然高階臨界轉速值存在一定誤差，但各階臨界轉速對應的振型可指導轉子平衡時加重平面的合理選擇，再結合常規的影響系數法對轉子實施動平衡，可以避免依據振型節點進行加重時由于靈敏度不高而導致加重不合理現象。
3．轉子的高速動平衡試驗
3.1 平衡設備
高速動平衡試驗設備為德國 SCHENCK 公司的DH90 型支撐擺架，此擺架設計平衡轉子最大噸位為50t，最高轉速為 4320r/min，完全能夠滿足此類型轉子的動平衡要求。工藝要求考核標準為瓦振，瓦振要求為: Vc≤2.8mm/s; Vb≤1.2mm/s。
3.2 轉子高速動平衡試驗及分析
按照以往平衡50Hz汽輪機機組高中壓轉子平衡經驗，只需在轉子前后兩個平衡面加重即可達到很高的平衡精度。因此一開始選擇轉子前后兩個平衡面加重，運用影響系數法進行平衡，在進行了大約20次平衡后，平衡效果仍然不理想，振動值一直很大，不能滿足客戶的要求。
展開 非風搖石石搖風——漫話風動石與平衡石
圖A 穩定
圖B 中性穩定
圖C 不穩定
圖D 條件穩定
銅山風動石雖動不倒，可看成是第四種情況，大風吹來引起的擾動強度仍在條件穩定允許的閾值范圍內，所以搖晃后，還會回到原靜止位置。同樣，1918年的地震引發的銅山風動石的擾動強度也是在條件穩定允許的范圍內。
世界上許多國家都有風動石，下面是從網絡搜到幾個風動石例子：
澳洲的風動石
非洲的風動石
風動石是怎樣形成的？
地質學家認為風動石的成因，有異地與原地之分。異地成因的風動石就是從異地滾來的大石球（塊），如冰川搬運來的，地震時山崩滾下來的，洪水沖下來的等等。而大多數風動石是原地形成的，即通過差異性風化、剝蝕而來。堅硬的、難風化的、不破碎的、裂隙少的巖石留存下來，而壓在其下的軟弱的、破裂多、易碎的、易水溶的巖石被剝蝕搬運而去，隨著上下巖層之間的接觸面積越來越小，景觀就越來越奇。地震是摧毀風動石的最大殺手。如果由于其種原因，使風動石的力學平衡被破壞，也就會轟然倒塌損壞。
許多國家將風動石當作旅游資源開發利用，如我國福建東山縣的銅山風動石現在是中國4A級風景區。筆者正因為2006年曾去銅山風動石參觀，才思考風動石的力學道型理，寫就這篇文章。
2006年參觀銅山風動石
有的國家還將風動石加以修飾一番，以吸引旅游者。
緬甸將風動石漆成金色，并在頂上加蓋了佛塔
葡萄牙在兩塊風動石之間蓋上房子
天然形成的風吹可動又不倒的巖石，被稱之為風動石，而不叫平衡石。
展開 變排量斜盤式汽車空調壓縮機的 在MSC.ADAMS中的動平衡仿真分析
摘 要：變排量斜盤式壓縮機的斜盤傾角會隨著汽車環境熱負荷的變化而在一定范圍變化，此外汽車行駛中發動機轉速也是變化的，這使得壓縮機的動不平衡量不斷地改變。因而壓縮機新產品的開發離不開數字樣機的仿真分析，本文利用MSC.ADAMS動力學仿真軟件建立了6Sxx變排量斜盤式汽車空調壓縮機的力學仿真模型，在理論分析的基礎上，仿真了6Sxx變排量壓縮機的動平衡特性，分析了在低、中、高不同主軸轉速下和多種斜盤擺角下的動不平衡量，并得出了一些規律性的結論，為產品開發提供了依據
ADAMS中的動平衡仿真分析.pdf
展開 讓網格動起來 | 閑談CFD動網格（附雷神山通風設計案例直播）
動網格的最終挑戰來自于網格更新后的質量，避免負體積是動網格調試的主要目標。在避免負網格的同時，努力提高運動更新后的網格質量。
為了進一步提高大家CFD分析能力，
技術鄰特開展
<CFD技術助力雷神山醫院負壓病房通風系統設計—利用Xflow進行氣流組織及污染源擴散分析>
直播。
本直播以達索CFD軟件XFlow 協助中南建筑設計院開展雷神山醫院負壓病房通風系統設計，利用Xflow進行氣流組織及污染源擴散分析為案例，介紹具有革命性的新一代CFD軟件XFlow，基于格子波爾茲曼方法(LBM，Lattice Boltzmann Method)，突破了傳統網格方法的瓶頸，可以有效求解幾何域中涉及運動機構、自由表面、流固耦合等復雜的計算流體動力學問題。易于使用、無需網格、并行計算高效、邊界條件處理簡單、模擬精確。
大家能學到：
xflow軟件基礎操作與應用案例，xflow在污染物擴散方面的應用
直播內容：
（1）XFlow軟件介紹
（2）XFlow行業應用
（3）Xflow在雷神山醫院負壓病房通風系統設計中的應用
（4）Xflow并行計算能力
直播時間：4月22日 19:30
適用人群：
土木工程應用專業；建筑物、橋梁周邊空氣流動；海洋結構的自由表面分析,水壩泄洪或地下設施水浸；加熱,室內空調；污染物擴散
講師介紹：
李卉
9年CAE行業工作經驗，CAE軟件二次開發顧問、達索流體軟件應用與支持工程師、達索仿真平臺解決方案顧問、項目經理。長期從事航空、航天、船舶、電子與電源行業仿真管理平臺項目軟件開發與實施，對CAE軟件集成與開發以及軟件間接口開發，CAD/CAE一體化設計仿真、聯合仿真有豐富的項目實踐經驗。
展開 【機械設計】機械設計制造中常用的動密封形式，一起來看呀！
3、階梯式迷宮密封
階梯式迷宮密封從結構上分析它類似于平滑式迷宮密封，而密封效果卻與曲折式迷宮密封近似，常用于葉輪蓋板和平衡盤處。
4、蜂窩式迷宮密封
蜂窩式迷宮密封的密封齒片焊成蜂窩狀，以形成復雜形狀的膨脹室，它的密封性能優于一般密封形式，適用于壓力差較大的場合，如離心式壓縮機的平衡盤密封。蜂窩式迷宮密封制造工藝復雜，密封片強度高，密封效果較好。
五、油封密封
油封密封是一種自緊式唇狀密封，其結構簡單，尺寸小，成本低廉，維護方便，阻轉矩較小，既能防止介質泄漏，也能防止外部塵土和其它有害物質侵入，而且對磨損有一定的補償能力，但不耐高壓，所以一般用在低壓場合的化工泵上。
六、動力密封
化工泵在與運轉時，副葉輪所產生的壓頭平衡了主葉輪出口高壓液體，從而實現密封。停車時，副葉輪不起作用，因此必須同時配備停車密封裝置解決停車時可能產生的化工泵泄漏。
展開 
平衡性能與安全的仿真：Altair助力 STARD 優化賽車空間車架設計
最終的結果
總體來看，HyperMesh 不僅優化了 STARD 的工程設計流程，更交付了超出預期的成果。借助該軟件，STARD 成功將這款拉力賽車的空間車架重量較基準模型減輕 20%，并在確保安全合規的前提下，顯著提升了車輛性能。盡管重量有所降低，新設計的剛度反而更高：這不僅增強了車身結構完整性，還進一步提升了車輛的操控性與耐用性。
此外，精簡后的設計流程還縮短了開發周期，減少了所需的物理測試次數，實現了大幅成本節約。這種高效的迭代方式，讓 STARD 能夠更靈活地應對性能要求與法規更新。
綜上，HyperMesh 的先進功能徹底改變了 STARD 的設計方法，使其能夠高效探索多種設計可能性，同時確保最終產品的可靠性。通過采用這一創新方案，STARD 成功在最新款拉力賽車上實現了安全與性能的完美平衡。
A
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展開 基于solidThinking Inspire的重型車平衡軸支座的優化設計
摘要：利用Altair公司的solidThinking Inspire 優化工具，建立了某重型貨車平衡軸支座的拓撲空間，之后定義了工況載荷和工藝約束。在此基礎上，利用基于變密度法的拓撲優化技術對平衡軸支座進行了優化設計，在規定的體積內取得最佳的材料分布，使得剛度最大。根據solidThinking Inspire的優化結果進行了 CAD 模型重建， 并對改進設計進行強度校核。結果表明，經過優化的平衡軸支座安全性能得到提高，質量減輕。
關鍵詞：solidThinking 重卡 平衡軸支座 優化
一、引言
solidThinking 是一款為設計師所打造的計算機輔助工業設計/造型軟件。solidThinking Inspire 應用 Altair OptiStruct 求解器，利用了工程上“拓撲優化”技術，模擬了自然界中生物生長的過程，最終獲得材料最省的最佳承力結構。Inspire 擁有良好的設計概念視覺化效果。具有界面簡潔、易學易用等優勢，可以縮短設計周期，滿足功能并減重，非常適合產品概念設計階段提升結構性能并輔助減重。
平衡軸支座是重型車固定和安裝平衡軸及縱向推力桿的部件，承受來自推力桿的縱向力和平衡軸的垂向力, 所以對其強度要求很高；近年來車輛輕量化的呼聲愈來愈高，所以各類鑄件支架等都要求在滿足強度要求的情況下質量最小。
二、平衡軸支座的原始設計
2.1 初始設計空間
所謂設計空間就是優化前的初始結構，在優化過程中不改變非設計空間， 通過優化計算，挖掉設計空間中的多余部分，所剩部分構成的形狀被認為是結構優化的結果。設計空間一般選取優化對象所占據的最大可能區域， 以充分挖掘優化潛力，同時要保證約束及載荷能夠有效傳遞到結構上，以及結構的工藝性。
展開 汽車結構強度設計：如何在“吸能”和安全之間取得平衡
它還有個名字叫潰縮吸能車身，最早是在1959年奔馳轎車上首次這樣設計的，在發生碰撞時用產生變形來吸收碰撞時的沖擊力，自己先潰縮，吸收一部分撞擊能量，減少了駕駛室里的撞擊力。“舍己救人”，以保護車內人員的安全。
汽車前輪上方的部分是翼子板，它的強度大小對車內人員的安全防護基本沒什么影響，所以一些轎車已開始采用塑料等非金屬材料來制作翼子板了，不僅降低成本，而且由于塑料彈性較好，如與行人發生碰撞，還能起到保護行人的作用。還有塑料的質量也小，減輕了車身整體重量，開起來還省油。
雖然汽車不同地方的強度要求不一樣，但是對每一個零件來說，強度設計都是必不可少的工作。我們希望零件在滿足強度要求的前提下，盡量越輕越好。怎么算滿足強度要求呢？
以汽車常用的鋼材來說，在外力的作用下會發生變形，只要這個變形別太大，外力撤掉，材料還能恢復原樣。
怎么算“別太大”呢？這就用到材料力學的一個名詞：屈服。這個詞很有意思，是擬人的修辭手法，比如你可以說：在高達2萬牛的拉力下，這跟鋼筋它屈服了。這意味著，即使你把拉力撤掉，鋼筋也回不到原來的形狀了，因為已經被拉壞了。
使用過程中的材料不能屈服，這是結構設計的底線。具體的流程，就是要先確定這個零件在車上是怎么用的，工作在什么溫度、受什么限制、受到多大的力。確定了這些，再來設計零件的結構，比如板子設計多厚，軸承設計多粗。
在設計過程中，必不可少的一步就是計算。這個計算，可以手動用公式，但面對復雜的零件，往往力不從心。現在常用的，是用計算機仿真計算。
下面我們來算一個簡單點的零件，感受一下汽車零件強度設計的過程。
這個零件就是汽車備胎的“家”，后備箱下面放備胎的一塊金屬板，一般叫“后地板”。
展開 產品厚度設計中的“痛點”：鎖模力與剪切率如何平衡？
CAE模流分析第20招：全文閱讀請點此處
