針刺機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的優(yōu)化分析

劉志強(qiáng) 王連慶

（合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230009）

1 針刺機(jī)的介紹

針刺機(jī)針刺過(guò)程中產(chǎn)生劇烈振動(dòng)將會(huì)直接影響無(wú)紡布的生產(chǎn)效率及質(zhì)量，還會(huì)危及工人的健康[1]。針刺機(jī)工作過(guò)程中曲軸、連桿的工作頻率有可能會(huì)改變，此時(shí)機(jī)架會(huì)有強(qiáng)烈的振動(dòng)，曲軸和連桿在受到很大的振動(dòng)和沖擊力時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的形變[2-3]。為了解決上述問(wèn)題，本文針對(duì)某紡織機(jī)械公司的ZW-2361-370型針刺機(jī)進(jìn)行曲軸、連桿的靜力學(xué)分析及模態(tài)分析。通過(guò)模態(tài)分析了解結(jié)構(gòu)在某一頻率范圍內(nèi)固有頻率的振動(dòng)特性，這樣就可以知道結(jié)構(gòu)在這段振源作用下產(chǎn)生的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)[4]。通過(guò)理論模態(tài)分析，掌握機(jī)床主軸工作時(shí)的形變情況，提出相應(yīng)的措施減小機(jī)床的振動(dòng)變形和噪聲，進(jìn)而提高無(wú)紡布的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，改善工人的工作環(huán)境，增加企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力和效益。

針刺機(jī)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)是針刺機(jī)構(gòu)，由傳動(dòng)軸、曲軸、針板、針梁、連接架、滑套導(dǎo)向裝置等組成，其中剝網(wǎng)板和托網(wǎng)板固定在上下機(jī)架中不參加針刺主運(yùn)動(dòng)。偏心輪安裝在曲軸上，曲軸由法蘭連接在主傳動(dòng)軸上，連桿的一端連接在偏心輪上，另一端連接針梁和針板，由此便構(gòu)成了一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)偏心輪和連桿，針梁和針板在搖臂導(dǎo)向裝置的作用下做豎直方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。均勻纖網(wǎng)經(jīng)過(guò)開(kāi)清后，輸送到剝網(wǎng)板和托網(wǎng)板之間，針刺機(jī)上的刺針高頻率穿刺對(duì)其加固。機(jī)架頂端的主電機(jī)經(jīng)過(guò)V帶，帶動(dòng)齒輪箱內(nèi)齒輪進(jìn)而使針刺機(jī)傳動(dòng)。齒輪的輸出端連接主傳動(dòng)軸，帶動(dòng)兩個(gè)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出端連接安裝在下安裝板的齒輪箱內(nèi)。同理，底部的齒輪箱輸出端也帶動(dòng)兩個(gè)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 針刺機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2 針刺機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零部件連桿的有限元分析與校核

用ANSYS軟件對(duì)連桿進(jìn)行受力分析，連桿上有很多螺栓孔、螺柱孔、小倒角以及小凸臺(tái)，這些因素會(huì)影響ANSYS軟件對(duì)連桿的分析結(jié)果[5]。為減小不必要的麻煩，在不影響分析精度的前提下必須去掉螺栓孔、螺柱孔、小倒角以及小凸臺(tái)。利用ANSYS軟件打開(kāi)建立好的模型，根據(jù)模型的物理屬性確定其密度、剛度和泊松比的參數(shù)。利用ANSYS軟件求解連桿受力變形情況，多次對(duì)比后取最符合實(shí)際的解，如圖2所示。連桿模態(tài)分析如圖3所示。

圖2 連桿總體變形

圖3 連桿前四階振型

如表1所示，連桿前6階固有頻率均大于20Hz，不會(huì)產(chǎn)生共振。同理，對(duì)曲軸進(jìn)行有限元分析與校核，計(jì)算出曲軸端面的最大變形量為1.41×10-4rad，并得出扭轉(zhuǎn)應(yīng)力遠(yuǎn)小于其扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力。曲軸前6階的固有頻率均大于曲軸的工作頻率（20Hz），不會(huì)發(fā)生共振。

表1 連桿固有頻率與振型描述

3 結(jié)語(yǔ)

針刺機(jī)在進(jìn)行針刺運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)床的振幅會(huì)隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大而增大，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)床的振幅達(dá)到最大值，產(chǎn)生共振現(xiàn)象。基于以上研究結(jié)果，進(jìn)一步提高針刺頻率，則要避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。防止共振現(xiàn)象的發(fā)生需要提高曲軸右側(cè)的剛度（如加粗與調(diào)質(zhì)），或增加加固架，減小針梁、連桿和搖臂導(dǎo)向裝置的重量，采用強(qiáng)度高、密度小的新型復(fù)合材料，如硬質(zhì)鋁鎂合金。在不影響無(wú)紡布生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，減小連桿長(zhǎng)度或者減小針刺運(yùn)動(dòng)的沖程。