焊接齒輪在自動冷鐓機動平衡上的應用

于曉玲

(齊齊哈爾二機床(集團)有限責任公司設(shè)計研究院，黑龍江齊齊哈爾 161005)

隨著冷擠壓、精密鍛造等新工藝的發(fā)展及應用，原有自動冷鐓機各部結(jié)構(gòu)已不能滿足相關(guān)行業(yè)的發(fā)展要求，為此，大量機械設(shè)計研究人員在不斷對自動冷鐓機的結(jié)構(gòu)進行改進。

自動冷鐓機是采用曲柄滑塊機構(gòu)做為工作機構(gòu)的一類鍛壓機械。曲柄滑塊機構(gòu)運轉(zhuǎn)時不可避免地會產(chǎn)生慣性力。當自動冷鐓機行程次數(shù)較高時，其慣性力的作用就變得相當明顯，這時往復運動所產(chǎn)生慣性力及慣性力矩無法在構(gòu)件內(nèi)部平衡，由于各運動構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力、慣性力矩可以合成為一個作用于機架上的總慣性力及一個總慣性力矩，故可設(shè)法使總慣性力及總慣性力矩得以完全或部分平衡。機械運轉(zhuǎn)時，除回轉(zhuǎn)軸線通過質(zhì)心并作等速轉(zhuǎn)動的構(gòu)件外，其余構(gòu)件都將產(chǎn)生慣性力。不平衡的慣性力將在運動副中引起附加的動壓力，從而增加運動副的磨損，影響構(gòu)件的強度并降低機械的效率。

1 動平衡設(shè)計

自動冷鐓機的主傳動為二級傳動形式時，第二級傳動經(jīng)常采用齒輪傳動，利用齒輪的嚙合帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)曲柄滑塊的往復運動。為消除剛性轉(zhuǎn)子的動不平衡現(xiàn)象，設(shè)計時應根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)確定各回轉(zhuǎn)平面內(nèi)偏心質(zhì)量的大小和方位，然后計算所需增加的平衡質(zhì)量的數(shù)目、大小及方位。如圖1所示，設(shè)轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量m1、m2、m3分別位于3個不同的回轉(zhuǎn)平面1、2、3 內(nèi)，其質(zhì)心矢徑分別為 r1、r2與 r3。當轉(zhuǎn)子以角速度ω等速轉(zhuǎn)動時，偏心質(zhì)量m1所產(chǎn)生的離心慣性力為F1=m1ω2r1。若在轉(zhuǎn)子上任選兩個垂直于轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸線的平面 T'、T″，并設(shè) T'與 T″相距為 L，平面 1 至平面 T'、T″的距離分別為 L'1與 L″2，則 F1 可用平面 T'、T″內(nèi)的平行分力F'1和F″2代替。偏心質(zhì)量m1位于平面T'、T″之間，由理論力學可知:

設(shè) F'1和 F″1分別為平面 T'、T″內(nèi)的矢徑為 r1的偏心質(zhì)量 m'1、m″1所產(chǎn)生的離心慣性力，則

通過上述分析表明，平面1、2、3內(nèi)的偏心質(zhì)量m1、m2及 m3完全可用平面 T'、T″內(nèi)的偏心質(zhì)量 m'1與m″1、m'2與m″2、m'3與m″3來代替，它們所產(chǎn)生的不平衡效果是一致的。因此，剛性轉(zhuǎn)子的動平衡問題等同于平面 T'、T″內(nèi)的靜平衡設(shè)計問題。

對于徑寬比大于5的剛性轉(zhuǎn)子，如飛輪及大齒輪和帶輪等由于其軸向尺寸較小，故可近似地認為其質(zhì)量分布于同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。我們可以將大齒輪所在位置取為平衡平面T'或平衡平面T″所處的位置，然后根據(jù)計算再尋找另一平衡平面。

2 焊接齒輪的結(jié)構(gòu)

焊接齒輪由齒圈(輪緣)、支撐板(腹板)、無縫管(肋板)、中心套(輪轂)組合焊接而成(圖1為焊接齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖)。齒圈選用中碳鋼35CrMo，支撐板選用普通碳素鋼Q235，中心套選用正火鋼40號鋼。齒輪的焊接結(jié)構(gòu)與鑄件相比，工序簡單，生產(chǎn)周期短，并且節(jié)省材料，一般情況下比鑄件輕50%～60%。

我們巧妙地將焊接齒輪應用到自動鍛壓機的動平衡設(shè)計中，根據(jù)機床動平衡的設(shè)計計算結(jié)果在所需位置處安裝配重鉛塊，將蓋板焊接在支撐板上，封住鉛塊，同時將支撐板與支撐板之間的內(nèi)部空腔灌油用以降低齒輪嚙合過程中產(chǎn)生的噪聲。

3 結(jié)語

自動冷鐓機結(jié)構(gòu)緊湊，采用焊接形式的傳動齒輪不僅可以合理利用空間，而且可以完成機床動平衡設(shè)計，部分平衡曲柄滑塊機構(gòu)運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的慣性力及慣性力矩，減小機械振動、改善機械工作性能、提高機械使用壽命，同時其內(nèi)部空腔灌油后可以減小齒輪嚙合的噪聲污染。

［1］郭為忠，于紅英.機械原理［M］.北京:清華大學出版社，2008.

［2］徐灝.機械設(shè)計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1991.

［3］趙呈林.鍛壓設(shè)備［M］.西安:西北工業(yè)大學出版社，1987.

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