No. 9Sep. 2019第9期2019年9月组合机床与自动化加工技术Modular Machine Tool & Automatic Ma/ufacturiiig Technique 文章编号：1001 -2265（2019）09 -0107 -04DOI ：10.13462/j. aki.2019.09.026偏心轴磨削振动分析研究!张山山，韩秋实，彭宝营，李启光（北京信息科技大学机电工程学院，北京100192）摘要:针对偏心轴在磨削过程中存在冲击和振动而影响加工表面精度和质量的问题，文章分析了偏 心轴磨削系统产生的几种振动,通过CATIA 三维软件建立了磨削简化模型，同时通过接口互换导 入ADAMS 进行运动仿真，分析研究了偏心轴磨削过程中换向冲击产生的自由振动导致的加速度曲 线变化、砂轮架质量、砂轮架水平进给速度等因素对振动的影响，又分析了工件偏心、砂轮偏心引起 的振动，可以为进一步提高表面质量和磨削稳定性的研究提供理论支撑。
关键词：偏心轴;磨削振动；振动分析中图分类号:TH113 :TG65 文献标识码:AResearch on ViCration Analysis of Ecceetric Shaft GrindingZHANG Shan-shan , HAN Qiu-shi , PENG Bao-ying , LI Qi-guang(School of Mechanical and Electrical Engineeong , Beijing Infoonation Science and Technology University ,Beijing 100192, China)Abstrach : Aiming at the prob.m that the eccentric shaft has impact and vibration during the grinding process and affects the accuracy and quality ot the machined surface , several vibrations generated by the eccentric shaft grinding system ara analyzed. The simplified modei ot grinding is established by CATIAsoftware. The ADAMS was imported and exchanged for mohon simulation. The influence ot the accelera tion curve ceused by the free vibration generated by the commutation shock during the eccenWi.c shaft grind ing , the quality of the wheel frame and the horizontal feed rate of the wheel frame on the vibration wer analyzed. The eccenthcity of the workpiece and the vibration ceused by the eccenthcity of the grinding wheel is analyzed , which can provide theoretical support for elrther research on surface quality and grind ing shabilihy.Key words : eccenWi.c shaft ； grinding vibration ； vibration analysit0引言偏心轴类零件,其结构的回转中心和几何中心不 重合，存在一个偏心距,如机器人里的RV 减速器、发 动机曲轴等部件,它们作为核心部件广泛应用于机器 人、汽车、航天、采矿等产业里，它们质量的好坏对于机器的运转起着决定性的作用。
RV 减速器的核心零件 是偏心轴，当下世界上许多国家的机器人大多采用RV 减速器，并且一台机器人成本中除了控制器外,减速器 要占到总成本的三分之一⑴）磨削是精加工的主要方法之一，要得到较高的加工表面质量，应尽可能地保持 磨削过程的稳定性,避免产生颤振。
而在实际的机械 加工中，几乎所有机械振动过程，都包含有非线性振 动［2-4］。
湖南大学周秦源研究了外圆磨削存在的振 动［5］,国内的关于非圆磨削的研究相对较少，偏心轴在磨削加工过程中，因为偏心距的存在，在!（砂轮架水 平进给）-U 工件转动）联动的过程中，在！方向砂轮对于偏心轴转动（C ）进行跟踪,这样就会在！方向行 程终点处由于换向惯性存在产生往复冲击振动，这些 振动以及其它振动会影响到工件表面质量以及磨削的 稳定性。
基于此背景，主要深入研究在非圆磨削过程 中！方向换向导致的惯性冲击振动以及影响因素，这 对于提高磨削稳定性以及工件表面质量有着重要的意 义。
1偏心轴加工模型偏心轴的加工采取“逆磨”的方式，图1为偏心轴 磨削加工的示意图。
0'为偏心轴轮廓中心,01位偏心轴回转中心,。
2为砂轮中心,e 为偏心距,*为偏心轴 轮廓圆半径,*为砂轮半径,，为偏心轴旋转角度," 为偏心轴的回转中心到砂轮中心线段与！轴方向的 夹角,）为磨削接触点,！为砂轮中心到偏心轴回转中 心的水平距离。
建立如图1的！。
1 X-0,-Y 坐 标叫收稿日期：2018 - 11 -29;修回日期：2018-12-21*基金项目：国家自然科学基金（51375056）;北京市教育委员会科技计划项目（KM201711232001 ）作者简介:张山山（1992—）,男，安徽阜阳人，北京信息科技大学硕士研究生,研究方向为智能制造，（E-mail ） mzshs@ 126. com ;通讯作者:韩秋实（1956一），男，吉林省吉林市人，北京信息科技大学教授,博士生导师,研究方向为智能化制造装备,（E - mail ）hanqs@ bistu. cn o-108-组合机床与自动化加工技术第9期由以上的坐标关系可以得到如下关系式:!=c cos,+槡R+R))-(c on,)) 2偏心轴磨削运动轨迹分析图3偏心轴磨削三维简化图(1)根据公式(1),可得出砂轮中心的水平位移曲线［7'8］，由数学关系可知，砂轮水平的曲线和工件的转角，成关系，以此为，Matlab屋真，果如图2所示。
时间与速度和加速度时间/B时间/b图2砂轮架X方向位移、速度、加速仿真图由分析起始对应偏心轴旋转,为0的方,磨起始点是“远点”，“降程”转，为180。
的，磨点为“点”，完成对应的“升程”，Matlab拟合得到的砂轮的!方向2左图所示。
对的式分析，砂轮水平的速度,对速度加速度，通过Matlab2右图所示。
3磨削系统振动分析磨削加工生式的振动，而非磨削由于砂轮架(!轴)对于工件(U轴)的，磨的过程中的振动相对于外圆磨加，砂轮架反向惯性力、工身的振动、砂轮自身的振动、磨力的周期变化以及外界传递的振动对磨削的过程产生影响。
通过CATIA建立3所示的偏心轴磨削简化模型，再通互入ADAMS中磨削的动力学分析，将主要研究几种振动模式下的振动规〔9-0/3.1砂轮架反向冲击惯性力引起振动分析轴磨中由于砂轮架的联动，于外圆磨削，程点的换向处，由于！向的突向动阶跃惯，该跃对于砂轮来说向生一个衰减的自由振动［11］，此,可通过ADAMS动力学分析阶跃-惯性对砂轮架带来的振动。
将砂轮的质化为m，砂轮动的阻尼简化为<，砂轮架的驱动为Q砂轮架的驱动力为)(,，砂轮架的水平移动为！，砂轮架的驱动联动运动速度为，#P为在换向点动力阶跃变化值,A为联动运动相关系数，可得到砂轮动力学模型图，4所示。
工—a——-图4工件磨削系统简化图m!+<!-(!)+Q(!-!1"=#(2)响应为:!=A!+#51-槡槡f a'""-as(.#-,)］(3)由式(3)砂轮动时的运动规，由5可惯性力)(,的向处生一个衰减自由振动，振动频率等于砂轮的固有频率。
影响砂轮架的水平起动的主要因素是砂轮架的质及砂轮架的水平进速度，将分析该两个因素对振动的影响。
由于起的化和差太大，图示易体现，故此分析研究加速度的波动，分析中，轴30mm,5mm,砂轮［取2019年9月张山山，等：偏心轴磨削振动分析研究-109-3.1.1)砂轮质对的动影响本次采工转速持，次砂轮的质，基于此做实验。
工转速持为7r/min,砂轮的质次为300kg、500kg。
6砂轮架！方向加速可，程的终点换向处，砂轮架的加速度受来自砂轮架的惯性力带来的振动，加速度发生了波动，间，波动衰减，加速度又趋于平稳，惯力的加速波动于程向。
024681012141618时间(s)图6砂轮架300kg时的X方向加速度图7为砂轮架！方向加速，砂轮架的质，加速的波动是程点的的减动，于质向的波动加。
惯力的加速波动质。
024681012141618时间(s)图7砂轮架500kg时的X方向加速度图3.1.2砂轮架的水平速度对惯性力的振动影响本次仿真采取砂轮的质持，改变偏轴工的转速对应砂轮的水平速，基于此做4组试验。
砂轮架的质量为400kg,依次改变工件的转速为7r/min,10r/min,15r/min,20r/min。
反向冲击惯性力和砂轮的水平速度有关，改变工的转速起砂轮的水平速化，速化影响反向冲击惯性力，如公式(4)所示：寺ee sin(2.)6=-ee sin(-—,(4)槡(*+*2)2_(e sin()2 6为水平联动速度，.为工件转速,e为,t 为时间。
换向的砂轮水平速度的变化工件反向惯力化，影响向的动，基于此，砂轮的质量，通转速得到不同的速度，研究对惯性力引起振动的影响。
8为轴转速时的砂轮！方向加速度，可轴的转速，是砂轮的！方向速，加速，惯力带来的波动，程的终点处，对应中的极值点，波动加大并减消失，于砂轮架质数，速对于加速度的影响则。
此处的振动以及其波振动会对该点处的磨削表面质生影响，释轴磨削换向_对的原因。
Z S/U1E悝豊024681012141618时间(s)图8偏心轴不同转速时的砂轮架X方向的加速度图/y15r/min/\10r/min/\/\/•//|\/\/\11/1\i7r/min//3.2工件自身偏心引起的振动分析轴由于的，其加工的回转中心和质，在磨的过程中，质生的离心力会对于回转中生影响，水平方向：振动,这对于轴加工产生影响，分析动，可以对优化磨动力学。