机械加工中的强迫振动及其控制措施

1．工艺系统受迫振动的振源

受迫振动的振源有机内与机外之分。机外振源主要是工艺系统外部的周期性干扰力，如在机床附近有振动源（锻压设备、空气压缩机、刨床等工作振动）产生强烈振动，经过地基传入正在工作的机床，迫使工艺系统产生振动。机内振源可分为下列三种：

（1）工艺系统中高速旋转零件质量的不平衡：工艺系统中高速旋转的零件较多，如工件、卡盘、主轴、飞轮、联轴器以及磨床上的砂轮等。它们在高速旋转时，由于质量偏心而产生周期性激振力（即离心惯性力），在他们的作用下，工艺系统就会产生受迫振动。

（2）机床传动机构的缺陷：如齿轮的基节误差使传动时齿和齿发生冲击而引起的受迫振动，又如皮带传动中，皮带厚度不均匀和皮带接缝，会引起皮带张力的周期性变化，产生干扰力引起受迫振动。此外，轴承滚动体尺寸差和液压传动中的油液脉动等各种因素均可引起工艺系统的受迫振动。

（3）切削过程的间歇特性：如常见的铣削、拉削、滚齿等多刃多齿刀具的制造误差和加工，由于切削不连续及工件材料的硬度不均、加工余量不均等均会引起切削力周期变化，从而引起受迫振动。

2．受迫振动的基本特性

1）受迫振动是周期性激振力的作用而产生的一种不衰减的稳定振动。振动本身并不能引起激振力的变化，激振力消除后，则工艺系统的振动也随之停止。

2）振动的频率与激振力的频率相同，而与工艺系统的固有频率无关。

3）振动的振幅大小在很大程度上取决于激振力的频率与系统固有频率的比值。当比值等于或接近1时，振幅将达到最大值，这种现象通常称为“共振”。

4）振动的振幅大小还与激振力大小、系统刚度及其阻尼系数有关。

3．抑制振动的措施

一般来说，减小受迫振动可以从以下几方面考虑：

（1）消除或减小激振力：对转速在以上的回转零件、部件，应进行平衡，以消除和减小激振力。对齿轮传动，应减小齿轮的基节和齿轮误差，减小装配时的几何偏心，这样可减小传动中的冲击和惯性力，避免振动。对带传动，则可采用较完善的皮带接头，减小皮带的厚度差。应尽量提高轴承的制造精度以及装配和调试质量。

（2）调节振源频率：防止激振力频率与系统固有频率相同胡接近而产生共振。

（3）提高固有系统本身的抗振性：工艺系统的抗振性主要决定于机床的抗振性。要提高机床的抗振性，主要应提高在振动中起主导作用的主轴、刀架、尾座、床身、立柱、横梁等部件的刚度。增大阻尼是增加机床刚度的有效措施，如适当调节零件间的某些配合处的间隙等。

（4）提高传动零件的制造精度，改变机床转速、使用不等距刀具。

（5）采取隔振措施：应在振源与需要防振的机床或部件之间安放具有弹性性能的隔振装置，使振源所产生的大部分振动由隔振装置来吸收，以减小振源对加工过程的干扰。如将机床安装在防振地基上。

（6）采用减振器和阻尼器：以吸收振动能量，减小振动。