錢鳳來，李 勇

1.沈陽機床股份有限公司中捷機床，遼寧 沈陽 110141 2.沈陽機床股份有限公司中捷鉆鏜床廠，遼寧 沈陽 110141

0 引言

傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動，會在工作運行中對龍門機床造成嚴重的危害并影響工作性能，因此龍門機床設(shè)計工作者對關(guān)于傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動方面的問題必須認真解決。在扭轉(zhuǎn)振動過大的情況下工作，可能導致傳動系統(tǒng)的齒輪打齒、斷軸，甚至對電機的性能指標產(chǎn)生不良影響。EXCITE-designer是AVL公司開發(fā)一款力學模擬軟件，既可以用于動力、傳動系統(tǒng)的初期開發(fā)，也可以對現(xiàn)在生產(chǎn)的機型的動力、傳動系統(tǒng)進行改進設(shè)計或校核。它具有界面平易近人、模塊功能強大、后處理功能靈活等特點，可以實現(xiàn)包括：傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動計算、傳動系統(tǒng)部件強度計算、液體動力軸承計算等的計算任務(wù)，并且以據(jù)其計算結(jié)果對傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。本文針對以某龍門機床傳動系統(tǒng)在分別安裝皮帶輪和扭轉(zhuǎn)減振器條件下的工作作業(yè)情況展開討論和研究，應(yīng)用EXCITE-designer軟件為傳動系統(tǒng)建立扭轉(zhuǎn)振動模型，并進行扭轉(zhuǎn)振動計算，并闡述了扭轉(zhuǎn)減振器能在改善傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動特性方面的效果，最后將“橡膠減振器”與“硅油減振器”的減振效果進行了對比。

1 傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動分析

1.1 扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)模型的建立

機床的振動按其結(jié)構(gòu)特點分類，主要可以分為兩大類：1）即振動主要是由機床的大部件所組成的構(gòu)件系統(tǒng)產(chǎn)生的振動；2）主要由機床的傳動系統(tǒng)部件組成的傳動系統(tǒng)振動。傳動系統(tǒng)的振動一般危害性很大，會對機床的工作性能產(chǎn)生產(chǎn)重的不良影響，比如：因為車床傳動絲杠出現(xiàn)顫振，從而產(chǎn)生加工出的螺紋和蝸桿的精密鏟平的表面出現(xiàn)波紋，導致產(chǎn)品報廢；銑床在進行在重切削作業(yè)時，升降進給系統(tǒng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，發(fā)出齒輪相互敲擊的聲音，這是齒輪組發(fā)生了“打齒”現(xiàn)象，嚴重的可以導致工作臺作出明顯不均勻的運動軌跡；再比如，由于龍門機床的傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動，在進行銑削加工作業(yè)時會加劇機床振動，從而無法進行重切削，還有滾齒機和弧齒、錐齒輪、切齒機等，在進行切、銑、削等加工作業(yè)時，因為傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動而出現(xiàn)沖擊，使生產(chǎn)的齒面在切出后秒面帶有鱗片狀波痕等等。

傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)是一個復雜的、自由度沒有限制的彈性體扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)。構(gòu)成傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的組件有復雜的幾何形狀，而且集成有完成如“定軸轉(zhuǎn)動、往復運動和平面運動”等運動形式的很多構(gòu)件。傳動系統(tǒng)的這些因素使扭轉(zhuǎn)振動計算的困難很大，所以需要在簡化實際傳動系統(tǒng)后再進行計算。而對于機床的傳動系統(tǒng)的“固有頻率” 特性和“動態(tài)頻響”特性方面，過去曾提出并進行了相關(guān)計算方法探討，但對于因為由機床傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點所引發(fā)的動力效應(yīng)，和應(yīng)采取哪種結(jié)構(gòu)設(shè)計原則以使機床傳動系統(tǒng)在傳動平穩(wěn)性得到提高等方面，還缺乏實際經(jīng)驗較系統(tǒng)的和理論試驗研究。本文在對傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的形成機理、傳動系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)的識別、提高抗振性的方法等方面進行綜合分析的基礎(chǔ)上， 力圖解決機床傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動問題，希望能有助于提高傳動系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量。

1.2 扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)計算結(jié)果分析

1.2.1 扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的自由振動結(jié)果分析

經(jīng)過對扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)在加裝減振器前后所產(chǎn)生的固有頻率進行的分析。由于對傳動系統(tǒng)采用減振器，所以增加一個軸系扭轉(zhuǎn)振動的自由度個數(shù)，使無減振器的最低固有頻率分成兩個新的頻率。對計算結(jié)果進行分析，表明不帶減振器傳動系統(tǒng)模型經(jīng)過EXCITE-designer軟件的處理，簡化為13個自由度扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)，相應(yīng)的，安裝了減振器的傳動系統(tǒng)模型將被簡化成14個自由度扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)。一節(jié)點主振型一般情況下決定軸系扭轉(zhuǎn)振動特性的最重要振犁是一節(jié)點主振型。

1.2.2 扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)的強迫振動結(jié)果分析

由于在龍門機床的結(jié)構(gòu)中，傳動系統(tǒng)的節(jié)點單元較多，因此在本文的討論中，以較接近傳動系統(tǒng)前端而且振幅比較高的曲柄銷為例，對傳動系統(tǒng)進行強迫振動分析。通過在曲柄銷在振動時，對不同諧次的扭轉(zhuǎn)振動特性圖進行分型，可看出“3.5階、4階、4.5階、5.5階、6階、6.5階、7.5階和8階”中存在較為明顯的共振峰，由于8階以上諧次振幅很小，因此可以忽略。當轉(zhuǎn)速達到4000r/min左右時，4階開始出現(xiàn)了強烈的共振峰；當轉(zhuǎn)速達到4600r/min左右時，3.5階也出現(xiàn)了強烈的共振峰，為了加以控制，需要安裝減振器。在把減震器加裝在機床的傳動系統(tǒng)中以后，對振動進行分析。在對安裝了減振器時與未帶減振器時的主要諧次扭轉(zhuǎn)振動特性進行對比后，可以從結(jié)果中總結(jié)出來：“不帶減振器時各個主要諧次的振幅都較大程度地降低。3.5階和4階的降幅最大，其他階次也不同程度的降低，共振峰也有向高轉(zhuǎn)速去轉(zhuǎn)移的趨勢，逐漸脫離常用轉(zhuǎn)速區(qū)”。這種分析結(jié)果說明減振器對曲軸扭轉(zhuǎn)振動特性的改善效果明顯。

2 減振器優(yōu)化

扭轉(zhuǎn)減振器一般采用兩種減震器：橡膠減振器或者硅油減振器。橡膠扭轉(zhuǎn)減振器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、輕巧，但橡膠有物理和力學性能不穩(wěn)定的特點。工作中的熱量容易使橡膠層發(fā)熱，并導致減振器失效。硅油減振器能較好地控制硅油粘度、慣量、硅油間隙和較好的制造一致性等特點，而且硅油有較大的粘度的選擇范圍和物理及化學特性穩(wěn)定，性能受環(huán)境因素影響較小等優(yōu)勢，因此工作性能明顯好于橡膠減振器。EXCITE-designer軟件中能對這兩種減振器分別提供模型，經(jīng)過計算后，對參數(shù)進行合理選擇后產(chǎn)生結(jié)果并輸出曲柄銷1扭轉(zhuǎn)振動的振幅圖：“軟件選用了性能和減震效果更好的硅油減振器，在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效果很穩(wěn)定，不出現(xiàn)新的明顯的共振峰”。

3 結(jié)論

本文介紹應(yīng)用EXCITE-designer動力學模擬軟件，搭建龍門機床的傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動模型，并計算了安裝扭轉(zhuǎn)減振器后的傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動特性的變化。通過對最終計算結(jié)果的分析得出如下結(jié)論：“減振器可以有效抑制諧次共振峰，安裝減振器后傳動系統(tǒng)扭振振幅大幅降低。并進一步說明了在加工作業(yè)中硅油減振器和橡膠減振器的工作特性對比”。

[1]雷宣揚.曲軸動態(tài)振動特性的模擬[D].大連理工大學，2003.

[2]丁宇.傳動系統(tǒng)性能分析及曲軸強度計算方法研究[D].哈爾濱工程大學動力與能源工程學院，2006，6.