高速凸輪分割器的質量平衡問題的研究

凸輪分割器是一種典型的常用機構。由于它能以簡單的結構實現任意復雜的預期運動，并有良好的運動剛性，長期以來被廣泛的應用于各種機械。

凸輪分割器處于低速下工作時，可以作為剛性系統處理。但在高速下運動時，由于慣性力引起的構件彈性變形將嚴重影響機構的真實運動，特別是當激振頻率和系統固有頻率接近時，彈性變形急劇加大，因此在分析或設計高速凸輪機構時，必須按彈性系統考慮。在處理的原則和方法上都與剛性系統有所不同。同時，為了保證機構在高速運轉時，具有預期的運動精度，并能持久的保持這種精度，則不僅需要研究其運動學.動力學問題，還涉及材質.加工和摩擦學問題。

加之，近幾十年來，由于電子計算機的廣泛應用和相鄰學科的發展，促使高速凸輪理論的研究不斷深入。因此可以說，高速凸輪是一個內容非常豐富，涉及多種學科的綜合性問題。

影響高速凸輪分割器動態特性的因素有很多，包括有質心偏心引起的慣性力（離心力），各個零部件阻尼，軸承油膜振蕩，溫度場，多支承不同心等因素。眾所周知，速度越高，離心力越大。而現代有許多旋轉機械都處于高速運轉狀態，如發動機，汽輪機，離心機，電機轉子及汽車輪子等。即使存在很小的不平衡，在高速旋轉時也會產生非常大的離心力。請看下例：一個重10噸，半徑為0.5米的圓柱形轉子，其表面存在100克的不平衡量，在工作轉速為2000r\min時，根據方程式計算最后會產生2000（N）的離心力。若速度再增加，離心力更大。因此，即使在重達幾噸到幾十噸的轉子上存在幾百克的不均勻質量分布，在高速旋轉時也會產生很大的不平衡力。轉子上不平衡離心力的存在，將會導致機器轉子，軸承和安裝基礎等產生機械振動。在大多數情況下，機械振動是有害的。其主要危害有：

（1） 使機器支撐受到動載荷的作用，影響支撐的正常工作。

（2）  動，靜部分磨損，基礎松裂，或使機器油氣管裂開，自動調節器失效，致使機器要經常維修或過早損壞。

（3）擾動四周的機械設備和儀表，使調節裝置和保護系統可能發生誤動作而使設備和儀表無法正常工作。

（4）產生噪音，影響工作人員的身心健康。

如果轉子轉速與轉子軸系的固有頻率相同或接近時，機器就會產生共振。出現共振時，振幅迅速增大，機組將產生激烈振動以至于損壞。據報道，在1972年6月，日本關西海南電廠一臺60MW的汽輪機組在試車時，因振動過大而造成飛車，致使機組全部報廢。根據經驗能力以及時間有限，我廠只針對偏心問題進行研究探討，力求找出用平衡質量的方法來減小或者消除偏心，進而改善其高速下的運動特性。如何在SolidWorks軟件下建立高速凸輪的精準形狀和動態分析，是本廠研究的重點。相當長一段時間內，本廠工程師就以下內容進行了研究：
   1）綜合運用Matlab 和SolidWorks軟件生成精準高速分度凸輪三維實體。
   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，位移，變形等動態特性。
   3）利用試配重法，在凸輪上位于偏心處鉆孔去掉一部分質量，減小偏心量，改善凸輪動態特性。

最終，通過大量測量，我廠工程師找出了如何利用平衡質量來改善高速凸輪動態特性的方法。為今后實際應用奠定了理論基礎，提高了生產效率減少了出貨時間，并為客戶節約了資金和時間上的成本。