机械加工中的强迫振动现象分析
沈庆玲
(七台河煤碳职业技术培训学院)
摘　要:主要介绍了机械加工中强迫振动产生的原因及减少强迫振动的途径。

关键词:机械加工;强迫振动;误差;隔振
中图分类号:U469105 文献标识码:C 文章编号:1008-3383(2004)03-0062-01
机械加工过程中,在工件和刀具之间常产生振
动。

产生振动时,工艺系统的正常切削过程便受到干扰和破坏,从而零件加工表面出现振纹,降低了零件的加工精度和表面质量。

机械加工过程中产生的振动,按其产生的原因来分,可分为自由振动、受迫振动和自激振动三大类。

自由振动往往是由于切削力的突然变化或其他外力的冲击等原因所引起的。

这种振动一般可以迅速衰减,因此对机械加工过程中的影响较小。

而受迫振动和自激振动都是不能自然衰减而且危害较大的振动。

下面主要对强迫振动进行简单的分析。

1　强迫振动产生的原因
机械加工中的强迫振动,是一种由工艺系统内部或外部周期交变的激振力作用下引起的振动。

机械加工中引起工艺系统强迫振动的激振力,主要来自以下几方面。

111　机床上高速回转的零件的不平衡
机床上高速回转零件较多,如电动机转子、带轮、主轴、卡盘和工件、
磨床的砂轮等,由于不平衡而产生激振力F (即离心惯性力)。

如图1所示是一个安装在简支梁上的电动机,以ω的角速度旋转时,假如由于电动机转子不平衡而产生离心力F n ,则F n 沿X 方向的分力F x (F x =F n cos ωt )就是该梁的外界周期干扰力。

在这一干扰力的作用下,简支梁将作不衰减的振动。

图1　强迫振动力学模型
112　机床传动系统中的误差
机床传动系统中的齿轮,由于制造和装配误差
而产生周期性的激振力。

此外,皮带接缝,轴承滚动体尺寸差和液压传动中油液脉动等各种因素均可能引起工艺系统强迫振动。

113　切削过程中本身的不均匀性
切削过程中的间歇特性,如铣削、拉削及车削带有键槽的断续表面等,由于间歇切削而引起切削的周期性变化,从而激起振动。

114　外部振源
由邻近设备(如冲压设备、龙门刨等)工作时的强烈振动通过地基传来,使工艺系统产生相同(或整倍数)频率的强迫振动。

综合上面的讨论,可以看出强迫振动的主要特点有以下几方面。

(1)强迫振动是在外界周期性干扰力的作用下产生的,但振动本身并不能引起干扰力的变化。

当干扰力停止时,则工艺系统的振动也随着停止。

(2)不管振动系统本身的固有频率如何,强迫振动的频率总是与外界干扰力的频率相同。

(3)强迫振动的振幅大小在很大程度上决定于干扰力的频率与系统固有频率的比值λ。

当比值等于或接近1时,振幅将达到量大值,这种现象通常称为“共振”。

(4)强迫振动的振幅大小还与干扰力、系统刚度及其阻尼系数有关。

2　减小强迫振动的措施和途径
(1)减少或消除振源的激振力:例如精确平衡各回转零件、部件,对电动机的转子和砂轮不但要进行静平衡,而且要进行动平衡。

轴承的制造精度以及装配和调试质量常常对减小强迫振动有较大的影响。

(2)隔振:即在振动的路线中安放具有弹性性能的隔振装置,使振源所产生的大部分振动由隔振装置来吸收,以减小振源对加工过程中的干扰。

如将机床安置在防振地基上及在振源与刀具和工件之间设置弹簧或橡皮垫片等。

(3)提高工艺系统的刚度及增大阻尼,其目的是使强迫振动的频率远离系统的固有频率。

如使其避开共振区,使在λ≤0或λ≥0的情况下加工,采用刮研接触面来提高部件的刚度。

(4)采用阻尼器:通过阻尼作用,将振动能量转换成热能散失掉,以达到减振目的。

以上分析了机械加工中强迫振动的原因及特点、减小振动的措施和途径,随着科学技术的发展,也将有更好的措施。

收稿日期:2004-01-08
2004年　第3期(总第121期)
黑龙江交通科技
HEI LONG J I ANG J I AOTONG KE J I
No.3,2004
(Sum No.121)。