于曉玲

(齊齊哈爾二機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)研究院，黑龍江齊齊哈爾 161005)

隨著冷擠壓、精密鍛造等新工藝的發(fā)展及應(yīng)用，原有自動(dòng)冷鐓機(jī)各部結(jié)構(gòu)已不能滿(mǎn)足相關(guān)行業(yè)的發(fā)展要求，為此，大量機(jī)械設(shè)計(jì)研究人員在不斷對(duì)自動(dòng)冷鐓機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

自動(dòng)冷鐓機(jī)是采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)做為工作機(jī)構(gòu)的一類(lèi)鍛壓機(jī)械。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生慣性力。當(dāng)自動(dòng)冷鐓機(jī)行程次數(shù)較高時(shí)，其慣性力的作用就變得相當(dāng)明顯，這時(shí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生慣性力及慣性力矩?zé)o法在構(gòu)件內(nèi)部平衡，由于各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力、慣性力矩可以合成為一個(gè)作用于機(jī)架上的總慣性力及一個(gè)總慣性力矩，故可設(shè)法使總慣性力及總慣性力矩得以完全或部分平衡。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除回轉(zhuǎn)軸線通過(guò)質(zhì)心并作等速轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件外，其余構(gòu)件都將產(chǎn)生慣性力。不平衡的慣性力將在運(yùn)動(dòng)副中引起附加的動(dòng)壓力，從而增加運(yùn)動(dòng)副的磨損，影響構(gòu)件的強(qiáng)度并降低機(jī)械的效率。

1 動(dòng)平衡設(shè)計(jì)

自動(dòng)冷鐓機(jī)的主傳動(dòng)為二級(jí)傳動(dòng)形式時(shí)，第二級(jí)傳動(dòng)經(jīng)常采用齒輪傳動(dòng)，利用齒輪的嚙合帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)曲柄滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為消除剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)確定各回轉(zhuǎn)平面內(nèi)偏心質(zhì)量的大小和方位，然后計(jì)算所需增加的平衡質(zhì)量的數(shù)目、大小及方位。如圖1所示，設(shè)轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量m1、m2、m3分別位于3個(gè)不同的回轉(zhuǎn)平面1、2、3 內(nèi)，其質(zhì)心矢徑分別為 r1、r2與 r3。當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度ω等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏心質(zhì)量m1所產(chǎn)生的離心慣性力為F1=m1ω2r1。若在轉(zhuǎn)子上任選兩個(gè)垂直于轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸線的平面 T'、T″，并設(shè) T'與 T″相距為 L，平面 1 至平面 T'、T″的距離分別為 L'1與 L″2，則 F1 可用平面 T'、T″內(nèi)的平行分力F'1和F″2代替。偏心質(zhì)量m1位于平面T'、T″之間，由理論力學(xué)可知:

設(shè) F'1和 F″1分別為平面 T'、T″內(nèi)的矢徑為 r1的偏心質(zhì)量 m'1、m″1所產(chǎn)生的離心慣性力，則

通過(guò)上述分析表明，平面1、2、3內(nèi)的偏心質(zhì)量m1、m2及 m3完全可用平面 T'、T″內(nèi)的偏心質(zhì)量 m'1與m″1、m'2與m″2、m'3與m″3來(lái)代替，它們所產(chǎn)生的不平衡效果是一致的。因此，剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡問(wèn)題等同于平面 T'、T″內(nèi)的靜平衡設(shè)計(jì)問(wèn)題。

對(duì)于徑寬比大于5的剛性轉(zhuǎn)子，如飛輪及大齒輪和帶輪等由于其軸向尺寸較小，故可近似地認(rèn)為其質(zhì)量分布于同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。我們可以將大齒輪所在位置取為平衡平面T'或平衡平面T″所處的位置，然后根據(jù)計(jì)算再尋找另一平衡平面。

2 焊接齒輪的結(jié)構(gòu)

焊接齒輪由齒圈(輪緣)、支撐板(腹板)、無(wú)縫管(肋板)、中心套(輪轂)組合焊接而成(圖1為焊接齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖)。齒圈選用中碳鋼35CrMo，支撐板選用普通碳素鋼Q235，中心套選用正火鋼40號(hào)鋼。齒輪的焊接結(jié)構(gòu)與鑄件相比，工序簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，并且節(jié)省材料，一般情況下比鑄件輕50%～60%。

我們巧妙地將焊接齒輪應(yīng)用到自動(dòng)鍛壓機(jī)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)中，根據(jù)機(jī)床動(dòng)平衡的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果在所需位置處安裝配重鉛塊，將蓋板焊接在支撐板上，封住鉛塊，同時(shí)將支撐板與支撐板之間的內(nèi)部空腔灌油用以降低齒輪嚙合過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。

3 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)冷鐓機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，采用焊接形式的傳動(dòng)齒輪不僅可以合理利用空間，而且可以完成機(jī)床動(dòng)平衡設(shè)計(jì)，部分平衡曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力及慣性力矩，減小機(jī)械振動(dòng)、改善機(jī)械工作性能、提高機(jī)械使用壽命，同時(shí)其內(nèi)部空腔灌油后可以減小齒輪嚙合的噪聲污染。

［1］郭為忠，于紅英.機(jī)械原理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［2］徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

［3］趙呈林.鍛壓設(shè)備［M］.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，1987.

［4］唐錫寬，金德聞.機(jī)械動(dòng)力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，1984.