焊接齿轮在自动冷镦机动平衡上的应用

于晓玲

(齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司设计研究院，黑龙江齐齐哈尔 161005)

随着冷挤压、精密锻造等新工艺的发展及应用，原有自动冷镦机各部结构已不能满足相关行业的发展要求，为此，大量机械设计研究人员在不断对自动冷镦机的结构进行改进。

自动冷镦机是采用曲柄滑块机构做为工作机构的一类锻压机械。曲柄滑块机构运转时不可避免地会产生惯性力。当自动冷镦机行程次数较高时，其惯性力的作用就变得相当明显，这时往复运动所产生惯性力及惯性力矩无法在构件内部平衡，由于各运动构件所产生的惯性力、惯性力矩可以合成为一个作用于机架上的总惯性力及一个总惯性力矩，故可设法使总惯性力及总惯性力矩得以完全或部分平衡。机械运转时，除回转轴线通过质心并作等速转动的构件外，其余构件都将产生惯性力。不平衡的惯性力将在运动副中引起附加的动压力，从而增加运动副的磨损，影响构件的强度并降低机械的效率。

1 动平衡设计

自动冷镦机的主传动为二级传动形式时，第二级传动经常采用齿轮传动，利用齿轮的啮合带动曲轴旋转，从而实现曲柄滑块的往复运动。为消除刚性转子的动不平衡现象，设计时应根据转子的结构确定各回转平面内偏心质量的大小和方位，然后计算所需增加的平衡质量的数目、大小及方位。如图1所示，设转子的偏心质量m1、m2、m3分别位于3个不同的回转平面1、2、3 内，其质心矢径分别为 r1、r2与 r3。当转子以角速度ω等速转动时，偏心质量m1所产生的离心惯性力为F1=m1ω2r1。若在转子上任选两个垂直于转子回转轴线的平面 T'、T″，并设 T'与 T″相距为 L，平面 1 至平面 T'、T″的距离分别为 L'1与 L″2，则 F1 可用平面 T'、T″内的平行分力F'1和F″2代替。偏心质量m1位于平面T'、T″之间，由理论力学可知:

设 F'1和 F″1分别为平面 T'、T″内的矢径为 r1的偏心质量 m'1、m″1所产生的离心惯性力，则

通过上述分析表明，平面1、2、3内的偏心质量m1、m2及 m3完全可用平面 T'、T″内的偏心质量 m'1与m″1、m'2与m″2、m'3与m″3来代替，它们所产生的不平衡效果是一致的。因此，刚性转子的动平衡问题等同于平面 T'、T″内的静平衡设计问题。

对于径宽比大于5的刚性转子，如飞轮及大齿轮和带轮等由于其轴向尺寸较小，故可近似地认为其质量分布于同一回转平面内。我们可以将大齿轮所在位置取为平衡平面T'或平衡平面T″所处的位置，然后根据计算再寻找另一平衡平面。

2 焊接齿轮的结构

焊接齿轮由齿圈(轮缘)、支撑板(腹板)、无缝管(肋板)、中心套(轮毂)组合焊接而成(图1为焊接齿轮的结构示意图)。齿圈选用中碳钢35CrMo，支撑板选用普通碳素钢Q235，中心套选用正火钢40号钢。齿轮的焊接结构与铸件相比，工序简单，生产周期短，并且节省材料，一般情况下比铸件轻50%～60%。

我们巧妙地将焊接齿轮应用到自动锻压机的动平衡设计中，根据机床动平衡的设计计算结果在所需位置处安装配重铅块，将盖板焊接在支撑板上，封住铅块，同时将支撑板与支撑板之间的内部空腔灌油用以降低齿轮啮合过程中产生的噪声。

3 结语

自动冷镦机结构紧凑，采用焊接形式的传动齿轮不仅可以合理利用空间，而且可以完成机床动平衡设计，部分平衡曲柄滑块机构运转过程中产生的惯性力及惯性力矩，减小机械振动、改善机械工作性能、提高机械使用寿命，同时其内部空腔灌油后可以减小齿轮啮合的噪声污染。

［1］郭为忠，于红英.机械原理［M］.北京:清华大学出版社，2008.

［2］徐灏.机械设计手册［M］.北京:机械工业出版社，1991.

［3］赵呈林.锻压设备［M］.西安:西北工业大学出版社，1987.

［4］唐錫宽，金德闻.机械动力学［M］.北京:高等教育出版社，1984.