摘要：社會發(fā)展迅速，我國的工業(yè)化建設(shè)的發(fā)展也有了提高?？p紉機主要由刺料機構(gòu)、挑線機構(gòu)、鉤線機構(gòu)和送線機構(gòu)組成。根據(jù)縫紉機的工作原理，特別是現(xiàn)代工業(yè)高速高效的要求下，對挑線桿、機針的運動有嚴(yán)格的協(xié)調(diào)要求。此外在高質(zhì)量要求的大環(huán)境下，縫紉材料和縫紉線質(zhì)量越來越好，特別是尼龍縫紉線的使用，使縫紉時挑線作用力對挑線桿軸承端的反作用力存在破壞機構(gòu)的可能性增加。本文運用虛擬樣機技術(shù)，對一種結(jié)構(gòu)相對簡單且易于使用的縫紉機進行建模以及對機構(gòu)進行運動學(xué)和動力學(xué)仿真，獲得機構(gòu)的運動參數(shù)和動力參數(shù)，驗證了其合理性及可靠性，為此類機構(gòu)的進一步研究和改進提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高速工業(yè)縫紉機;振動分析;減振設(shè)計

引言

工業(yè)縫紉機是包裝工程的基礎(chǔ)，縫紉機的工作速度決定了生產(chǎn)包裝的效率。追求高效益、低成本是生產(chǎn)制造行業(yè)的共同目標(biāo)，實現(xiàn)生產(chǎn)包裝模式向工業(yè)化、大規(guī)?；D(zhuǎn)變，促使工業(yè)縫紉機的高速化發(fā)展。但隨著轉(zhuǎn)速的提高，高速工業(yè)縫紉機的各運動機構(gòu)磨損急劇惡化，工業(yè)縫紉機是典型的剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)，在高速縫紉過程中，剛性的機構(gòu)零件（如機針、壓腳）與柔性的布料、面線作相對運動，其所受力的大小和方向隨著連續(xù)的縫紉過程周期性變化，加劇各構(gòu)件間的磨損和沖擊振動，導(dǎo)致縫紉機動態(tài)性能不穩(wěn)定、各機構(gòu)的構(gòu)件及運動副受力增大、縫紉機振動加劇、縫紉機噪聲增大等問題，嚴(yán)重影響包裝質(zhì)量。

1重要性

縫紉機產(chǎn)生振動的根源，主要是縫紉機構(gòu)件自身的質(zhì)量在高速運轉(zhuǎn)的情況下所產(chǎn)生的慣性力引起的。當(dāng)構(gòu)件質(zhì)量一定時，構(gòu)件慣性力的大小是由它的運動加速度決定的，與它質(zhì)心的加速度成正比。因此，振動加速度的大小從另一個方面反映縫紉機的慣性力—縫紉機振動力的大小，通過對縫紉機整機振動加速度的測量可以從本質(zhì)上考察縫紉機中各個子傳動機構(gòu)對整機振動的影響。

2高速工業(yè)縫紉機的振動分析

由縫紉機的機構(gòu)組成可知，曲軸產(chǎn)生的振動向機身傳遞的路徑包含兩條，1）從曲軸出發(fā)，沿著曲軸連桿大頭→連桿體→連桿小頭→針桿機構(gòu)/彎針機構(gòu)，傳遍整個機殼;（2）該振動也從曲軸傳遞到滑動軸承，然后通過軸承座傳遞到機殼。彼此相互作用和影響的各種類型的振動，通過振動的疊加效應(yīng)反映在殼體的表面上，這些振動的頻率較低，能量主要集中在頻率轉(zhuǎn)換及其倍頻上。高速工業(yè)縫紉機的運動副多為轉(zhuǎn)動副，連桿大頭和曲軸、曲軸和主軸承、針桿和滑動軸承等零部件不僅在縫紉機工作過程中因相互運動產(chǎn)生摩擦，而且還會在運動極位產(chǎn)生沖擊效果，引起縫紉機機身振動，同時減少零件的工作壽命。其中，沖擊和摩擦所引起的振動的頻率處于高頻段，而且分布頻帶很寬。因此，高速工業(yè)縫紉機的振動十分復(fù)雜，包含了從低頻至高頻且分布頻帶很寬的諧波分量。此外，由于針桿在曲柄的帶動下作往復(fù)周期運動，高速工業(yè)縫紉機的阻力矩也隨時間周期變化。然而機器工作時電機通常保持著較為穩(wěn)定的驅(qū)動力矩，盡管在機器的每一次轉(zhuǎn)動周期內(nèi)，阻抗功等于驅(qū)動功，但在轉(zhuǎn)動周期的某一時刻，瞬時阻抗功和瞬時驅(qū)動功卻不相等。在縫紉機設(shè)計過程中可以通過增加機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量來降低角加速度以實現(xiàn)減輕振動的目的，但因縫紉機本身結(jié)構(gòu)的限制導(dǎo)致機構(gòu)尺寸不能太大，減振效果并不理想。因此，需要從高速工業(yè)縫紉機結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，研究新的減振方法。

3工業(yè)縫紉機中減振降噪的方法

3.1改進曲軸結(jié)構(gòu)

工業(yè)縫紉機的曲軸結(jié)構(gòu)在運行時會產(chǎn)生噪聲和振動，積極改進曲軸結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)減振降噪?？p紉機曲軸工作時最容易引起噪聲與振動問題，尤其是主軸結(jié)構(gòu)，曲軸不平衡、質(zhì)量偏重等都是誘發(fā)噪聲與振動的因素，高速運轉(zhuǎn)下曲軸結(jié)構(gòu)的噪聲和振動更為明顯。工業(yè)縫紉機減振降噪中改進了縫紉機結(jié)構(gòu)，優(yōu)化縫紉機的工作過程。分析曲軸結(jié)構(gòu)減振降噪的改進方法，如：（1）剛性轉(zhuǎn)子的平衡精度設(shè)計，減震降噪設(shè)計中，剛性轉(zhuǎn)子需要滿足一個條件，也就是轉(zhuǎn)子剩余不平衡量<許用剩余不平衡量，剛性轉(zhuǎn)子達到這個條件，就可以降低振動并減小噪聲，剛性轉(zhuǎn)子需用剩余不平衡量會附加曲軸運動時的動壓力，轉(zhuǎn)子動平衡狀態(tài)下需要平衡校正轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，促使平衡校正面可以和轉(zhuǎn)子軸承的平面重合，加強剛性轉(zhuǎn)子的平衡控制，實現(xiàn)有效的減震降噪;（2）曲軸平衡改進，曲軸不平衡不僅會引起振動和噪音，更是增加了工業(yè)縫紉機的運行風(fēng)險，當(dāng)曲軸發(fā)生不平衡問題時就要利用建模的方式改進曲軸平衡，校正原有曲軸中的平衡度，預(yù)防振動噪音;（3）多面平衡設(shè)計，此類設(shè)計是工業(yè)縫紉機曲軸結(jié)構(gòu)降噪減震的發(fā)展方向，多面平衡設(shè)計圍繞動平衡設(shè)計展開，因為曲軸結(jié)構(gòu)小、質(zhì)量輕，所以多面平衡設(shè)計中重點研究去重對曲軸平衡量的影響，動平衡設(shè)計期間可以重新設(shè)計曲柄臂重，滿足減震降噪的需求。

3.2平衡運動機構(gòu)

工業(yè)縫紉機減震降噪時平衡運動機構(gòu)，消除縫紉機運動過程中的風(fēng)險，維持運動平衡，進而提高縫紉機的工作效率。平衡運動機構(gòu)時一定要注意慣性力平衡，降低慣性對工業(yè)縫紉機的影響，解決縫紉機的偏心問題。工業(yè)縫紉機高速轉(zhuǎn)動下會引起較強的慣性作用力，增大噪聲與振動的現(xiàn)象，容易在工業(yè)縫紉機中產(chǎn)生附加動力，引起摩擦和內(nèi)應(yīng)力破壞，采用平衡運動機構(gòu)的方法，起到有效的減震降噪的作用。例如：工業(yè)縫紉機振動與噪聲的源頭分析中，發(fā)現(xiàn)上軸結(jié)構(gòu)有明顯的問題，上軸為中空結(jié)構(gòu)不會有質(zhì)量偏心的問題，實際在上軸的針桿曲柄位置處有質(zhì)量偏心問題，導(dǎo)致針桿機構(gòu)出現(xiàn)了不平衡的運動，當(dāng)上軸高速轉(zhuǎn)動時針桿就會產(chǎn)生不平衡的激振作用，研究針桿機構(gòu)的運動狀態(tài)和慣性力，平衡整個運動機構(gòu)，促使其達到減振降噪的目的。平衡運動機構(gòu)中常用的方法是修改零件的結(jié)構(gòu)，選擇配重、去重的方法平衡機構(gòu)運動時的質(zhì)量，杜絕發(fā)生質(zhì)量偏心的問題。

3.3完善機殼設(shè)計

機殼是工業(yè)縫紉機的主要結(jié)構(gòu)，屬于非運動部件，機殼體積較大，在運動的作用下也會產(chǎn)生振動或噪音。工業(yè)縫紉機減震降噪的過程中完善機殼設(shè)計，實現(xiàn)整體的減振降噪。根據(jù)工業(yè)縫紉機的使用針對機殼構(gòu)建有限元模型，機殼自身含有一定的振動特征，有限元模型中模擬機殼的振動特性，掌握基坑固有頻率、阻尼等信息，實現(xiàn)模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上完善機殼設(shè)計。機殼有限元的模態(tài)分析是研究振動與噪音的有效途徑，有限元模態(tài)分析配合三維繪圖軟件，模擬出具有減振降噪作用的縫紉機殼體，同時分析機殼上各項零件的特征，致力于提高減震降噪的水平。

結(jié)語

本文從高速工業(yè)縫紉機實際工作狀態(tài)出發(fā)，圍繞高速工業(yè)縫紉機振動分析與減振開展研究。分析了高速工業(yè)縫紉機的振動機理，設(shè)計了振動測試實驗，對振動測試實驗的數(shù)據(jù)進行了時域分析和頻域分析，獲得了不同的電機轉(zhuǎn)速下高速工業(yè)縫紉的峰值頻率。對高速工業(yè)縫紉機的機殼和機殼與底座整機進行了模態(tài)仿真，高速工業(yè)縫紉整機的一階固有頻率約為100Hz，當(dāng)電機的振動峰值頻率或倍頻處在100Hz左右時，會導(dǎo)致電機與機殼產(chǎn)生共振，加大高速工業(yè)縫紉的振動，與振動測試實驗分析一致。通過增加橡膠墊可以實現(xiàn)改善機體固有頻率，且隨橡膠厚度的增加機體固有頻率隨之降低。同時，通過對機殼端部部位進行減重設(shè)計也可以實現(xiàn)對高速工業(yè)縫紉機機殼固有頻率的改善。

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作者簡介：陳磊，陜西省西安市，身份證號：61012319830426****。