機械生產中工藝系統的振動

胡業榮

摘 要：分析了機械生產中振動的種類，介紹各種振動產生的原因、過程及其造成的影響，指出并且提出改進的方法，分析在機床上減輕振動所取得的成果。

關鍵詞：機械振動；頻率；阻尼

引言

制造是人類最主要的生產制造活動之一，而機械制造是制造業的重要組成部分，它為人類生存、生產和生活提供各種現代化的裝備，在國民經濟中占有重要地位。在機械加工的過程中，工件—夾具—道具—機床構成的工藝系統會時常發生振動，使工藝系統的正常的切削過程受到破壞，影響加工表面的表面質量和尺寸精度，嚴重的時候甚至影響產品的裝配過程，產生廢品，降低了生產效率，影響產品的質量，減少了經濟效益。因此，了解生產過程中工藝系統的振動，分析其種類和產生的因素，得到解決的辦法，是很有必要的。

一、機械加工中振動的類型

（一）自由振動

當振動的系統受到初始干擾力的作用時會破壞系統的平衡狀態的時候，去掉激勵或者約束后所發生的振動，稱為自由振動。由于阻尼的存在，使得自由振動的振幅不再是等幅的簡諧振動，而是隨著時間的增長，振幅逐漸減少的振動。

（二）強迫振動

在外界的激振力矩作用下，系統受迫產生的振動稱為強迫振動。激振力矩（或力）是指外界作用于振動系統的周期性變化的力矩（或力），其主要通過地面等介質傳到機床。阻尼力矩（或力）是系統外的某些介質，例如空氣、水、油類或者其他的粘性介質對系統振動產生的阻尼，稱為粘性阻尼或質量阻尼。此外還有振動是材料變形產生的滯后阻尼，又稱為內阻尼。因為外界激振力矩（或力）做功，向系統輸入能量以抵消阻尼所消耗的能量，只知道激振力矩存在，強迫振動就持續不衰。并且某頻率的簡諧激振力矩所激發的強迫振動頻率只能等于激振力矩的頻率。

（三）自激振動

由振動系統自身產生的交變力激發和維持的一種周期性振動稱為自激振動。當然，自激振動所受到系統的阻尼和受迫振動的阻尼是一樣的。自激振動，說白了，就是外部的能量，例如電能、化學能等，在工藝系統內部的不適當作用，而造成的工藝系統的振動。自激振動的振幅是由系統自身的參數決定的，一般振動的頻率接近系統主振部件的固有頻率。但是具體自激振動的產生原因，至今都沒有一套很成熟的理論。只有最近比較成熟的幾個學說：再生顫振理論、振型耦合學說、負摩擦顫振原理等等。

二、 振動產生的危害

（一）影響表面質量

發生振動的時候，工藝系統的正常切削過程受到干擾和破壞，工藝系統的低頻振動，一般在已加工的表面上產生宏觀的波度，而工藝系統的高頻振動則是產生縱向粗糙度的原因之一。

（二）使工藝系統受到破壞

振動可能使刀具受到破壞，特別是脆性刀具，還會造成機床、夾具的零件連接松動，降低了剛度和精度，降低了刀具、夾具和機床的使用壽命。

（三）產生噪聲

振動會產生噪聲污染，長期工作時時機床操作者產生聽覺疲勞。如果噪聲達到A以上，日復一日，聽覺疲勞將無法消除，產生病變。同時還會影響工作中的心態，降低工作質量，嚴重時還可能會造成事故。

三、 降低振動的措施

（一）增加系統的剛度

利用滾動軸承反裝、減少軸承的游隙來增加主軸系統的剛度，減少接觸面額粗糙度，都有利于提高機床的剛度。還可以在加工剛度低的工件時，增加輔助支承，提高工藝系統的剛度。增加工藝系統的剛度在抑制自由振動方面起到了至關重要的作用。

（二）增加振動系統的阻尼

由于傳入系統的能量是通過阻尼來消耗的，因此增加系統的阻尼是減緩振動的一個有效的方法。可以通過采用吸振能力強的材料來提高工藝系統的滯后阻尼（如鑄鐵等），采用吸振能力較強的潤滑油層，利用薄膜潤滑也是一個比較有效的方法。在設備的底部與地基之間放置減振墊片隔離有大地傳來的振動可以提高系統的質量阻尼。在一些超精密加工的機床上甚至應用了空氣彈簧減振器。

（三）合理設計工藝系統的固有頻率

應該使工藝系統的歌部件的固有頻率遠離干擾力的固有頻率，避免發生共振。對于超精密加工，有的時候還要考慮大地的脈動頻率、建筑物的脈動頻率甚至人員的走動頻率等。一些高精度的測量儀器或超精密加工機床由于本身固有結構的的固有頻率額原因，對于能引起振幅放大的頻率特別敏感，因此隔振和減振系統也可以依據這一點來設計。

（四）減少和消除振動的干擾

首先要找出振動的干擾源，對于高速運轉的零件應該進行精密的動平衡，對零件的加工余量和材質均勻性提出較高的要求等。同時，還可以采用各種減振器來隔絕和消耗振動。現在運用得比較多的有阻尼式減振器、動力式減振器和沖擊式減振器。

四、結束語

機械振動是一個比較復雜的研究課題，可以是說是限制著機械工業制造發展的頸瓶所在，一個國家克服機械生產中振動的水平也代表著一個國家制造業的水平。隨著我們工業的發展，也會有越來越多的有關機械振動的問題被發掘出來，振動的理論體系也會越來越完善，在生產的過程中，具體問題應該具體分析，采取措施加以控制，提高生產質量和生產效率。

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