数控转塔冲床转盘振动分析和结构改进.pdf

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1、2014年1月机械设计与制造工程Jan．2014第43卷第1期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．1DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．01．010数控转塔冲床转盘振动分析和结构改进张晶，郭伟，陈健，吴越强(扬州大学机械工程学院，江苏扬州225127)摘要：数控转塔冲床转盘是冲床的核心部件，转盘在旋转和冲裁周期作用力的作用下，产生旋转振动和纵向振动。以转盘为研究对象，建立转盘旋转振动模型，分析转盘在旋转过程中偏心距、阻尼比等对

2、振动的影响，利用ANSYS软件进行谐响应分析，找出转盘的薄弱环境，并针对转盘的振动提出两种改进方案，对改进结构进行分析和对比。关键词：转塔冲床；旋转振动；纵向振动；谐响应分析；结构优化中图分类号：TH122文献标识码：B文章编号：2095—509X(2014)O1—0038—04数控转塔冲床的转盘是大型的旋转铸件，不平进行分析和改进。衡惯性力是旋转机械产生振动的根本原因，转盘若有偏心质量和位置误差(因材质不均匀、加工误1转盘旋转振动分析差、装配误差等造成)必然会产生离心惯性力。图1所示的上转盘模型，在轴的端部有一质量当

3、转轴的转速达到一定值时，使转盘产生旋转振分布不均的转盘，其质量为m，质心是G，偏心距为动¨，由于上下转盘不在同一个轴上，两个转盘偏e，回转中心是0，几何中心是0。假定转轴的质量心质量和位置不同，因此当上下转盘同时旋转时，忽略不计』，它的横向刚度为k，支撑是绝对刚度由于上下转盘的振动不一致，导致上转盘的凸模与的，认为系统的阻尼是黏性阻尼，阻尼系数为r，且下转盘的凹模不能很好配合，严重影响了冲裁、拉忽略转盘和轴的自重影响。伸的精度。针对这种情况，本文对转盘的旋转振动当轴以09角速度转动时，则系统，Y轴方向的(a)转盘等视图

4、(b)转盘俯视图图1上转盘模型振动方程式为：互+2n+∞2=eo3COS(tot)(3)，+rfi+kxx=meo)cos(wt、(1)对式(3)进行求解，其通解可以表示为：m+ryy’+ky=meo)sin(tot)(2)=1(t)+2(t)y令／m=：，rx／m=2n，带人式(1)得式中：(t)代表阻尼系统的自由振动，这是一个收稿日期：2013—10—21作者简介：张晶(1988一)，女，江苏扬州人，扬州大学硕士研究生，主要研究方向为机械设计制造技术。·38·2014年第1期张晶：数控转塔冲床转盘振动分析和结构改进

5、衰减振动，只在开始振动后的某一较短时间内有意表1转盘参数表义，当仅研究受迫振动中持续的等幅振动时，可以参数数值略去。(t)；(t)表示阻尼系统的受迫振动，它转盘质量／kg的频率与激振频率相同。因此，可设式(1)的特解转速／(r·min)为：刚度／(N·m)=BCOS(tot一)(4)阻尼系数式中：B为受迫振动的振幅；为位移落后于激振偏心距／cm力的相位角。将式(4)及其一阶、二阶导数导人式(1)中，解对式(1)和式(2)求解，得到，Y方向上的位得与为：移及速度曲线，如图2、图3所示，转盘在，Y方向2上的振动总体都是简谐

6、振动，在方向上的最大振，=—=======：=~／(1一z：)+(2)幅为0．15cm，其都在零线上下振动，Y方向上的最2大振幅也是0．15cm，但其振幅都在零线以上。=arctan1一ZO·l5同理得出式(2)的解：厂、、、^／Jl_l立．1移yOl0Y=Bsin(tot一)．之、l一，一位移，速、度2要o．05漤：

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11、-0·05：arctan上一Z一fO．10式中：，是，Y轴方向的频率比，=to／to，＼＼√／l02468l012l416z=to／to，其中

12、，分别为系统在，Y轴方向时间s的固有角频率；是转子系统的阻尼比；，分别图2方向位移变化3如册2洲为，Y轴方向位移落后激振力的相位角。25通常认为，转轴及轴承在各方向的刚度是相同0_3O／、．．Jr●{●身的，即k=k=k，所以有：==，==0l25／＼l一一位移变化速度0．2Oo吕f{?0．15转子在，Y轴方向的受迫振动可以表示为：{{}0．10=BCOS(tot一)，Y=Bsin(tot一)。0．05‘一_一‘、I／一．、转盘在，Y轴方向做等幅等频的简谐振动，两O．．夕、、＼～。7＼’＼，者的相位角为丌／2，因此这两

13、个方向的振动叠加之＼／-O．O5、后，形心O的轨迹是一个圆，圆心在坐标原点O，一．．O．1O0246810l214l6l8半径为R：+Y=ez／[(1一z。)+时间s(2)]。形心0绕0点转动的角速度为∞，圆盘图3Y方向位移变化的自转角速度也是∞。数控转塔冲床上转盘受到一个简谐变化的冲2转盘旋转计算裁力，在纵向冲裁力的作用下，转盘