外文翻译--六连杆机械压力机碰撞噪声的调查 中文版

1 对 六连杆机械压力机碰撞噪声的调查 报告 罗彦鑫，杜如旭 a中国， 400044,重庆大学， 国家重点 机械连杆实验室 B香港 ，新界， 沙田，中国 香港大学的 精密工程 研究所 摘要 :传统机械压力机由 曲柄 和滑块构成，是一种最常用的冲压机。但它不能满足深拉操作，其中长时间停留在 BDC 是可取的，以避免裂纹或皱纹。这种动机的机械压力机是一六杆机构。然而 ,工作引入新机制产生噪声。本文提出一种研究机械压力机的噪音的分类学。调查噪声的根源采用噪声特征分析、刚体动力学分析和有限元法(FEM)。发现噪声是由齿轮的排序造成的。最后提出一种 改进的设计 ， 给出了一些建议 ,以减少噪音 。 关键词： 六杆机械压力机，特征分析，冲击噪声，有限元法（ FEM） 1.介绍 常规机械压力机包括裂纹和滑块是一种最常用的冲压。其轨迹是不可控的下死点（ BDC），因此它不能满足多种需求 1。例如，在 BDC 长的停留时间是可取的，以避免裂纹或皱纹深冲操作 2。这个机械压力机的动机被设计成五，六，九杆结构 3， 4。一般而言，在机械金属成型压机的设计，设计师大多关注的是运动学 5。很少有人研究了动力学的动态，但它是非常重要的性能 6当设计和建造一个商业印刷机时，那就有必要探讨其性能和持续改进。 在这项研究中，一个六连杆（包括四连杆和曲柄滑块机构）已经建立一个通过300 吨的最大负载能力的商业机械压力机。设计工程师们仔细检查了压力机的运动学和制造装配 ,均在设计规范内完成，因此，按工作正常。不过压力机产生噪音和不加载。声音强度大于 90 分贝，这会导致各种问题，如机器的可靠性和操作者的安全性。 传动系统的机构示于图 1（ a），其 CAD 模型示于图 1（ b）。它包括七个部分：一马达（图中未示出），连接到飞轮通过高速轴，减速齿轮组（其中包括高速齿轮和所述低速齿轮），其控制所述接合的联接器 的齿轮组和曲柄，曲柄滑块机构，和一个连接到滑块上的四杆机构。其中，四杆机构是关键，因为它压力机的动态性的理论。 2 L1=45mm L2= 165mm L3=208 mm L4= 260mm L5=80010000mm e= 80mm 图 1（一）插图的六杆联动机制，该机制（二）物理模型 本文旨在找出噪音的根源（次）。所提出的研究将调查噪音的各个方面，并提供完善的解决方案。本文的其余部分安排如下。在第 2节中，噪声的特征分析。在第 3节中，系统的动力学研究了刚体动力学分析和有限元分析。在第 4 节，一个改进的设 计建议，以减少冲击噪音。最后，结论在第 5 节给出。 2.噪声信号的特征分析 2.1.实验装置 正如前面提到的，噪声是设计的主要问题。第一步是噪声信号的分析。使用麦克风紧密放置在压力机的声音信号进行了测量。图 2 示出的实验装置，该装置主要包括一个麦克风（制造商：的 Brel KJR，型号：型号 4191），信号放大器（百灵达，型号： XENYX802），信号采集系统（声卡）和一台 PC 电脑。麦克风的频率范围为 3.15 赫兹 40 千赫。 图 2 实验装置 2.2.噪声信号和特征分析 在实验过程中，压力机的运行速度设定为每分 钟（ SPM）（因此，其工作频率为1.67 赫兹） 100 行程，无负荷施加和采样频率为 48 千赫。图 3（ a）示出了一个典型的噪声信号。图 3（ b）是放大在三个周期，从中可以看出，每个周期包括两个大峰，AB 。 3 图 3 一个典型的噪声信号 图 4 噪声信号的频谱 图 5 噪声信号的包络谱 图 6 噪声信号的能量的时间 - 频率谱 图 4示出在图的信号的 FFT 频谱。 从图 3中可以看出，该噪音信号具有三个主要组成部分，分别是 157 赫兹， 781 赫兹和 1255 赫兹。在 157 赫兹的组分是对应于齿轮啮合频率和它的能量是相当小的。在 781 赫兹的分量具有最大的振幅和负责的噪音。这将是研究的重点。 图 5显示了包络谱。从图中可以看出，主要的频率为 23 赫兹，这是峰值的发。这表明该噪音是由一系列的影响每个工作循环生频。图 6示出了信号的时间 - 频率频谱。从图中， 可以看出，沿 781 赫兹一系列峰的出现，以及它们的幅度变化时。然而，主要有两种高峰（图 3 对应的峰 A 和 B）出现在每一个时期。此外，山顶 A 的振幅比 B峰的大。 基于以上的研究中，可以看出是（ a）有对应于 A和 B分别在每个周期中两个大的影响，（ b）该噪声的主要频率为 780 赫兹和（ c）的冲击频率为 23 赫兹。有必要分析驱动系统的动力学找到噪声的根源。 3.动态分析 3.1.影响力分析 为了研究噪声的来源，系统的动态模型是必要的进一步机械调查，这可能反映真实的工作条件，应进行准确的负荷分析构造。在本研究中，压力机的动态分析使用商业软件 RecurDyn 的系统进行。该键之间的所有关节力由该模拟获得的，其中的齿轮之间的接触力引起了我们的兴趣。图 7 示出了齿轮之间的接触力（黑色），并且 4 其分化（橙色）。检查力量的分化，可以看出，接触力迅速改变两倍方向，在 A 和 B，当冲头向上移动。这很容易让人产生两个大的冲击。因此，一个响亮的噪音就会产生。 图 7 齿轮之间的冲击力 为了进一步调查噪声信号中的频率成分，但是，有限元分析（ FEA）是必要 。 3.2.机械部件的自然频率 振动通常是由结构的振动引起的这是众所周知的，因此，有必要找到该结构的固有频率。该分析方法可用于发现固有振动频率。然而，这是因为假设的不准确。在实用中， FEA 是一个变量的方法来找到精确解微分方程用于验证结构的振动。有用于有限元分析等的 Abaqus， ANSYS， Nastran 软件，等一些商业软件 7， 8。在这个研究中，我们使用的 Abaqus 找到如表 1中所示的机械部件的自然频。 此外，该高速轴的 第一模式形状是扭转，这是在转矩相同的方向。据认为，这种模式是负责对 23 赫兹的重复频率。和高速齿轮和低速齿轮的第二个自然第四固有频率接近的主要频率的噪音。此外，相应的模式形状是弯曲的齿轮齿。因此，齿轮的齿应该进一步调查。 图 8（ a）示出低速齿轮的有限元分析模型。负载被施加到齿中的一个。所施加的负载量为 1 个单位的归一化力，在频率范围为 1赫兹至 1500 赫兹。图 8（ b）示出了频率响应的结果。从图中可以看出，该齿轮具有在 480Hz 的， 740H 频率是负责巨响。有限元分析的频率（ 740 赫兹）和实际噪声频率（ 780 赫兹）之 z 分别三个主要的频率，和 1350 赫兹。最大频率分量是在 740 赫兹。据认为，这一间的差异可以归因于该有限元分析模型的简化。在结论中，我们相信，咋是由齿轮的碰撞产生的，而噪声可以通过消除齿轮间隙的减小。 5 表 1 模型的主要组成部分模态频率（ HZ） 模型 1 2 3 4 5 6 高速轴 24.2 29.7 54.8 285.3 581.0 1035.4 高速齿轮 67.3 360.5 466.1 753.0 892.9 1189.0 低速齿轮 593.1 619.0 1147.8 1205.3 1278.0 1477.0 上链接 67.0 74.7 80.5 102.6 185.2 282.4 4.一种改进设计 图 8（ a）有限元的齿轮小齿轮的模型（二）频率响应 据较早提出的分析结果，联系的长度不应该改变，以保持设计的轨迹。另外，飞轮的惯性 和高速的刚性轴等，也可以进行微调，以降低噪音。然而，这些解决方案是因为机械部件的不具有有效的小室用于改进设计，由于强度的限制。这是一个选项，通过消除齿轮之间的间隙，提高了设计。所提出的设计示于图 9 有两个齿轮安装在高速轴上，以消除齿轮间隙。 在这个设计中， 2 组齿轮对的被利用和一个螺旋弹簧将安装在齿轮之间，以消除齿轮间隙。所述第一组齿轮对将扭矩传递到用于转矩的情况下，曲柄轴在顺时针方向转动。当扭矩方向改变时，第二组齿轮对的工作原理。因此，它认为，该设计将有效地降低噪音。然而，需要一种新的设计模型在未来的动力学分析。 6 图 9 该齿轮对的一个改进的设计以消除齿轮间隙 结论 本文对一个六杆机械压力机的噪声提出研究。根据上面的讨论，以下结论可以得出：压力机的机械噪声包含了许多对应于压力机的各种部件的固有频率成分。当冲击发生时会产生噪声。噪声在操作过程中产生影响，变成 变速四杆机构。变速产生变力，引起对方的齿轮冲击。它是一个选项，以避免对齿轮副之间的间隙，以减少噪音。签名分析，机械动力学分析和有限元法的组合是分析机器故障的根本原因的有效方法。除了上面给出的应用，它可用于涉及机械运动的其它许多应用。 7 参考文献 1Du R.Guo WZ.The Design of a new metal forming press with controllable mechanism.J Mech Design 2003；125:582-592； 2Yan HS, chen WR.A variable input speed approach for improving the output motion characteristics of watt-type presses.Int J Mach Tool Manuf 2000； 42:675-690. 3Tso PL,liang KC.A nine-bar linkage for mechanical forming presses.J Mach Tool Manuf 2002；42:139-145. 4Meng CF,Zhang C,Lu YH,Shen ZG.Optimal design and control of a novel press with an extra motor. Mech Mach Theory 2004；39:11-818. 5He K,Li WM,Du R.Dynamic modelling with kineto-static method and experiment validation of a novel controllable mechanical metal forming press.Int J Manuf Research 2006；1:354-378. 6Su.S,Du R.Signature analysis of mechanical watch movements.Mech System Signal Process 2007；21:3189-3200. 7Khelladi S,Kouidri S