维普资讯 http://www.cqvip.com 第１４卷第５期 Ｖ０１．１４ Ｎｏ．５ 鄂州大学学报 ２００７年９月 Ｓｅｐ．２００７ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 简析机械加工中强迫振动产生的原因及减少途径 叶正环 （鄂州大学机械系，湖北鄂州４３６０００） 摘 要：该文分析了机械加工过程中强迫振动产生的原因，对加工工艺过程的影响，全面分析了减少 强迫振动的途径。 关键词：强迫振动；产生原因；减少途径 中图分类号：ＴＨ１６１ ．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—９００４（２００７）０５—００３３—０２ １ 导言 切削加工中工艺系统经常会产生振动，使工艺 系统的各种成形运动受到干扰和破坏，它不仅严重影 响加工表面质量，缩短刀具和机床的工作寿命，降低 生产率，而且还产生噪声，危害工人的身心健康。随 着工业技术的发展，对于加工精度和表面质量要求越 来越高，有的工件误差小于１微米，表面残余高度小 于０．１微米，而且不允许存在波纹度，对于这样高的 精度和表面质量要求，在加工过程中，哪怕只有微小 的振动，也会影响工件质量。因此，研究机械加工过 程中的强迫振动，有重要意义。 ２强迫振动产生的原因 强迫振动是指工艺系统在外界周期性干扰力 （激振力）作用下所引起的振动。除力之外，凡随 时间变化的位移、速度及加速度，也可以激起系统 的振动。强迫振动产生的原因分工艺系统内部和 工艺系统外部两方面。 ２．１工艺系统内部因素 （１）离心惯性力引起的振动。工艺系统中高 速回转工件的不平衡所产生的离心惯性力会引起 强迫振动。如电动机的转子（图１）、联轴节、皮带 轮、砂轮、装刀具的刀杆、主轴部件及被加工的毛 坯等。当存在不平衡时都会引起强迫振动。由离 心惯性力作用，引起强迫振动的频率，大致就是这 些元件每秒钟相应的转数。 出２， （２）传动机构的缺陷。如皮带传动中平皮带 的接头，三角皮带厚度不均匀，轴承滚道尺寸的不 均匀，往复运动换向时的冲击及液压传动油路中 油压的脉动等都会引起强迫振动。 （３）切削过程的间歇特性。如某些加工方法 导致切削力的周期性变化，其中常见的有铣削、拉 削及周边磨损不均匀的砂轮等，此外加工断续表 面，（如键槽表面）常会发生冲击。… ２．２工艺系统外部因素 （１）由于邻近设备（具有不平衡质量的机器， 如空气压缩机、带有冲击载荷的机器、压力机和冲 床等；具有往复运动的机器，如刨床、磨床等）和通 道运输设备所引起的振动。 （２）建筑物及其附属结构的简谐振动特性。 当机床以刚性安装在楔铁或基座上时，床身的振 动近似于地基振动。 ３强迫振动的特性分析 ３．１强迫振动的运动规律 由振动方程 ＝ＡＳｉｎ（ｔｏｔ一 ）可以看出，简谐 振动时，强迫振动的稳态过程是简谐振动，只要激 振力存在，振动就不会被阻尼衰减掉。 ３．２强迫振动的频率 强迫振动的角频率等于激振力的角频率。 ３．３强迫振动的振幅 它与初始条件无关，主要取决于激振力的幅 值Ｐ及频率比Ａ和阻尼比Ｄ。为了证明它们之间 的关系，现以振幅比 ＝Ａ／Ａ。作纵坐标，以频率比 为横坐标，以阻尼比Ｄ为参变量，有： Ａ：— ＝ ＝＝ ：— ＝＝二 图１电动机的转子 ￣／（ 一 ） ＋ ￣／（１一Ａ ） ＋（ ） 收稿日期：２００７—０６—１８ 作者简介：叶正环（１９６９一 ），男，湖北黄冈人，鄂州大学机械系讲师，硕士研究生，研究方向：机械工程与数控技术。 维普资讯 http://www.cqvip.com 鄂州大学学报 第ｌ４卷 式中Ａ。：Ｐ／ａｔ ＝Ｐ／Ｋ，表示在与激振力相等的静 力Ｐ作用下系统的位移，即静位移； 系统的 静刚焘 ； ＝ｏ，／ｏ，。称频率比； ＝ 。＝一Ｔ／ ２ｍ＝ — ＝上称阻尼比。其幅一频特性曲线，如图２ ２ ｍ Ｔｏ 所示： 引起的离心惯性力及冲击力等。 对转速在６０ｒｐｍ以上的回转元件，如砂轮、电 动机转子及刀盘等，必须给予动平衡。提高皮带、 链、齿轮及其元件传动装置的稳定性，如采用较完 善的皮带接头，使其连接后的刚度和厚度变化最 小，在主轴上安装飞轮等，对于高精度，小功率机 床，尽量使动力源与机床脱离，用皮带传动，适当调 整皮带拉力，合理选择皮带长度，使其扰动频率远 ｛ ｌ一一 ｌ 曩ｏ 离主轴转速。 改善以联轴器相联的各轴的轴心线间的同轴 １ ｌ 度，从高速轴或主轴上除去带动润滑油泵的凸轮 ，牺１ ．１劐 也可提高传动的稳定性。 ≤ ｌＪ ｒ １， 咄２ｆ ４．２调节振源频率 ． ｌ 在选择转速时，尽可能使旋转件的频率远离 机床有关元件的固有频率，也就是避开共振区，以 斗＜ 。＼ 免发生共振。 ４．３ 提高工艺系统的刚性及增加系统阻尼 ＤＩ２／ 提高系统的刚性是增加系统抗振性而防止振 图２幅一频特性曲线 动的积极措施，它在任何条件下都能防止强迫振 图２表明系统位移对频率的响应特性，下面 动。 分析消除振动的范围。 增加系统阻尼，如适当调节工件某些配合处 当ｔｏ＝０或Ａ＝ 时，此时的振幅Ａ相 的间隙，以及采取阻尼消振装置等，将增强系统对 当于把激振力Ｐ作为静载荷加在系统上，使系统 激振能量的消耗作用，保证系统平衡工作。 产生静位移，这证明激振力变化缓慢，其动力影响 另外，对于某些动力源如电动机、油泵等，最 不大，强迫振动的振幅与静位移没有什么区别，这 好与机床分开，或用隔振材料与机床隔开；为了消 种现象发生的条件为甜 。＜０．６～０．７，在此范围 除系统外的振源，常在机床周围挖防振沟。 内，增加系统的静剐度，即可消除振动。 Ｊ 工艺系统本身的干扰振源，如工件本身不平 ４减少强迫振动的途径 衡，加工余量不均匀，及工件材料的材料质量不 强迫振动是由周期性激振力引起的，因此消 均，刀齿的断续切削，这种类型的振动可用阻尼器 除振动，首先要找出引起振动的振动源。 或消振器消振。 ４．１减小激振力 综上所述，强迫振动在机加工过程中，必须采 减小激振力即可有效地减小振幅，使振动减弱 取措施，有效地消除，才能保证机械零件的加工质 或消失，减小激振力即减小因回转元件的不平衡所 量和工艺过程的科学性。 【参考文献】 ［１］姜作敬．机械制造工艺学［Ｍ］．武汉：华中理工大学出版社，１９８３：４６－４８． ［２］顾崇衔．机械制造工艺学［Ｍ］．西安：陕西科技出版社，１９８１：８６—８７． ［３］杨棣，唐恒凯，廖伯瑜．机床动力学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８３：１０５． ［４］韩步愈．金属切削原理与刀具［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８８：２５—２７． （责任编校：朱立文） Ｂｒｉｅｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｆｏｒｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ｗｅａｋｅｎ ｉｔ ＹＥ Ｚｈｅｎｇ—ｈｕａｎ （Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｅｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｅｚｈｏｕ，Ｈｕｂｅｉ ４３６０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｆｏｒｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｉｔ ｍａｋｅｓ ａｎ ｏｖｅｒａｌｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｏｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏｒｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｒｅａｓｏｎ；ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ
