有限元分析在真空泵故障诊断中的应用

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第 30卷第9期2013年 9月机 电 工 程Journal of Mechanical＆ Electrical EngineeringVo1．30 No．9Sep．2013DOI：10．3969／j．issn．1001-4551．2013．09．015有限元分析在真空泵故障诊断中的应用王月岭，刘晓辉，宁东兴，张 爽(中通汽车工业集团有限责任公司，山东 聊城 252000)摘要：针对真空泵在产品试制过程中产生异常振动的问题 ，首先 ，排除了制造和装配的原因，然后从设计 的角度分析了其原 因。

将真空泵支架的二维工程图转化为实体模型 ，导入 ANSYS Workbench进行了有 限元模态分析 ，发现其 固有频率在真空泵 的旋转频率范围内，存在共振现象；即而对其进行了方案修改，以及有限元模态分析，发现其固有频率避开真空泵的旋转频率范围。对按修改后方案制造的真空泵支架进行了装配后试车，发现原来异常振动的现象 已经排 除。研究结果表 明，有限元也可在故障诊断中发挥重要作用，是故障诊断的一种方法。有限元分析是针对实体模型的一种数值分析方法，其计算结果精度较高。

关键词：真空泵；模态分析；有限元；共振中图分类号：TI-I36；TH113．1：TH122 文献标志码：A 文章编号：1001—4551(2013)09—1097—04Application of FEA in failure diagnosis about vacuum pum pW ANG Yue—ling，LIU Xiao—hui，NING Dong—xing，ZHANG Shuang(Zhongtong Automobile Industry Group Co．，Ltd．，Liaocheng 252000，China)Abstract：Aiming at abnormal vibration of vacuum pump in trial—manufacture of new products，firstly，the reason for manufacture and assem-blage was excluded，then the reason was analyzed from the mechanical design．The 2D engineering drawings about vacuum pump frame Waschanged into the solid model，and finite element model analysis for vacuum pump frame was carried out in ANSYS Workbench，and naturealfrequency of it Was found within the range of rotation frequency ab out vacuum pump，SO resonance Was existed．The ddsign plan Was amendedand finite element mode analysis for vacuum pump frame was carried out，natural frequency of vacuum pump frame Was avoided by rotationfrequency of vacuum pump．After trim—man ufacture according to amend plan，abnorm al vibration of vacuum pump was solved．The results in—dicate that FEM Can play as an important role in failure diagnosis，and it is an approach to failure diagnosis．FEM is a numerical method toanalyze solid model，and it has higher accuracy.

Key words：vacuum pump；modal analysis；finite element method(FEM)；resonance0 引 言机器在研发试制或售出后经常会发生很多意想不到的故障，随着科学技术的飞速发展，很多现代化的诊断手段得到应用，对排除机器故障、提高机器性能和寿命、降低开发成本以及为顾客创造超越价值起到了重要作用。Workbench 作为有限元计算 软件 (AN—SYS)的一部分，集有限元理论和大量数值计算方法于一 体，在机械设计中进行结构分析、结构优化、可靠性分析、模态分析以及流体力学分析等，对提高机器的性能和降低生产成本起到了很大的作用。

故障诊断作为近期发展起来的新兴技术，采用传感器采集信号，然后对信号进行分析处理，从而分析出故障的结果，被广泛地应用于宇航、军事、化工、机械等收稿日期：2013—04—07基金项目：山东省技术创新资助项目(201110114020)作者简介：王月岭(1975一)，男，山东聊城人，工程师，主要从事环卫车辆方面的研究．E—mail：wangyueling75###126．con

· 11o0· 机 电 工 程 第30卷2．2 改进后的结果由图5和表2可看出：真空泵支架在改进后，避开了其与真空泵的共振。

通过整车试制检测发现真空泵运转平稳，完全符合设计要求。

3 结束语本研究针对真空泵振动异常做了如下研究：(1)根据整车试制过程中发现的真空泵振动异常，初步判断该故障为真空泵和真空泵支架发生共振：(2)利用有限元分析软件 Workbench对真空泵支架进行模态分析，得到了其前 6阶模态合位移图和固有频率值，然后与真空泵的旋转频率相比较，发现其存在共振现象；(3)根据计算结果，修改了真空泵支架的结构，再利用有限元分析软件 Workbench对真空泵支架进行了模态分析，得到了其前 6阶模态合位移图和固有频率值，与真空泵的旋转频率相比较，发现其已经避开共振频率。

研究结果进一步验证了本研究对真空泵故障原因的判断，为感性认识提供了数据支持。同时有限元作为一种数值计算方法，在故障诊断中也可发挥重要作用，是故障诊断的一种方法。

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[编辑：洪炜娜]