淺析高速紡紗錠子振動(dòng)特性

尚會(huì)超 翁玉東 王成銀

摘 要：錠子是紡織機(jī)械重要的紡紗專件，錠子的優(yōu)劣不僅與能源消耗、環(huán)境噪音緊密相關(guān)，而且嚴(yán)重影響人的心理健康和生理健康，因此研究錠子振動(dòng)特性可以有效改善產(chǎn)業(yè)工人的勞動(dòng)環(huán)境和提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：錠子；回轉(zhuǎn)軸；振動(dòng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.189

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界第一大紡織成品生產(chǎn)國，大約占世界總產(chǎn)量的60%，但是我國的紡織裝備在可靠性和效率方面與西方國家仍有很大差距。經(jīng)過世界各國的努力，由之前的剛性錠子到現(xiàn)在的彈性錠子，錠子的結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了很大的改善，并且大幅度提高了錠子的紡紗速度。

2 錠子的結(jié)構(gòu)

紡紗錠子的主要作用是加拈卷繞，是以兩點(diǎn)支承的細(xì)長(zhǎng)回轉(zhuǎn)體。根據(jù)紡紗原料和品種的不同、工藝的發(fā)展，目前錠子主要分為粗紗錠子和細(xì)紗錠子。細(xì)紗錠子主要由錠桿、錠膽、軸承等組成。

紡織機(jī)械制造加工正向著高速度、高效率、高精度的方向發(fā)展，對(duì)錠子各部件的加工工藝提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。錠桿作為錠子的主要工作部位，對(duì)其硬度、平面度有很高的要求，因此用和軸承相同的鋼材，首先車削成細(xì)長(zhǎng)桿坯料，再經(jīng)過熱處理后磨削成形。錠桿的中部為了避免磨損，需要有較高的磨削精度。由于支承筒管在錠桿的上部，所以錠桿要盡可能得筆直，且有韌性[1]。錠盤緊套于錠桿的中部，作為錠子的傳動(dòng)件，由錠帶傳動(dòng)，上軸承置于錠盤中，能有效防止塵埃浸入軸承。錠腳不僅是錠子的支座，而且還有儲(chǔ)存潤滑油的作用。錠鉤用以擋住錠盤，防止錠桿、錠盤在拔筒管時(shí)產(chǎn)生劇烈竄動(dòng)。

3 錠子的振動(dòng)特性

紡紗錠子作為一種專用特殊的回轉(zhuǎn)體，在理想的情況下，錠子無論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)，對(duì)軸承產(chǎn)生的壓力應(yīng)該是一樣的。但實(shí)際工作中的錠子，由于毛坯材質(zhì)缺陷、加工精度低及裝配方法的問題，致使錠子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，錠子的離心力不能相互抵消，并且作用到其它零部件，在放大振幅的同時(shí)產(chǎn)生難以忍受的噪音，還有可能焼蝕軸承，縮短了錠子壽命。

錠子高速回轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于筒管的上下跳動(dòng)和不規(guī)則的擺頭。錠子擺頭即錠子的橫向振動(dòng)，是指錠子在水平方向上不規(guī)則的曲線運(yùn)動(dòng)。錠子的橫向振動(dòng)有不同的分類方法，按產(chǎn)生振動(dòng)的原因可分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。

自由振動(dòng)是指在不需要外力的情況下，物體在振動(dòng)系統(tǒng)按照其固有頻率，做與振幅無關(guān)的阻尼運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)系統(tǒng)撤去初始條件后，不再受其它因素的影響而在其平衡位置附近振動(dòng)，因此錠子自由振動(dòng)是受到突然的外力作用而產(chǎn)生的振動(dòng)，隨著外界阻尼作用而逐漸消失。

強(qiáng)迫振動(dòng)是指錠子在外來周期性力的持續(xù)作用下，產(chǎn)生了振動(dòng)頻率等于錠子自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的振動(dòng)形式，振動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生的這種振動(dòng)稱為受迫振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力是指周期性的外力。在錠子高速旋轉(zhuǎn)過程中，由于錠膽、錠桿材質(zhì)不均勻及皮帶輪等的不平衡，這些都會(huì)引起整個(gè)錠子的強(qiáng)迫振動(dòng)，同時(shí)增加錠子各部件之間的相對(duì)振動(dòng)幅值，一般情況下隨錠速增大而增大[2]。錠子的強(qiáng)迫振動(dòng)有以下四個(gè)特點(diǎn)：

（1）錠子作為回轉(zhuǎn)體干擾力絕大部分來自各部件旋轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的偏心，但是干擾力一旦消除，振動(dòng)停止，因此要盡可能找到振源，降低強(qiáng)迫振動(dòng)的影響。

（2）強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率相同，或者呈線性的函數(shù)關(guān)系。

（3）驅(qū)動(dòng)力的頻率和系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，容易產(chǎn)生共振。

（4）強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅與驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)的剛度及阻尼大小有關(guān)。驅(qū)動(dòng)力越大、剛度及阻尼越小，則振幅越大，對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的錠子影響也就越大[3]。

自激振動(dòng)和受迫振動(dòng)一樣也是在自然界和工程中最常見的一種振動(dòng)形式，它是一種不衰減的振動(dòng)，自激振動(dòng)需要外界的激勵(lì)，從不具備交變特性的能源中周期性地獲得能量補(bǔ)充，振動(dòng)的能源是恒定的，自激振動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理卻復(fù)雜得多，絕大部分是非線性系統(tǒng)[4]。自激振動(dòng)的發(fā)生需要兩個(gè)條件：第一，振動(dòng)系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近的不穩(wěn)定性；第二，需要外力的作用使系統(tǒng)偏離穩(wěn)定點(diǎn)。第三，取決于振動(dòng)系統(tǒng)在每一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)獲得和消耗能量的對(duì)比。若獲得能量大于消耗能量，則振幅會(huì)隨之改變，若獲得能量小于消耗能量，則自激振動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生。

錠子自激振動(dòng)的能量是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生或控制，自激振動(dòng)頻率低于強(qiáng)迫振動(dòng)頻率，并接近于第一臨界轉(zhuǎn)速頻率。錠子的自激振動(dòng)表現(xiàn)為錠子自轉(zhuǎn)軸繞一中心的旋轉(zhuǎn)。在高速時(shí)進(jìn)動(dòng)的方向與錠子的旋轉(zhuǎn)的方向相同，在低速時(shí)則相反，自激振動(dòng)復(fù)雜多變，因此是研究錠子振動(dòng)的主要對(duì)象。

錠子各小段的質(zhì)心不可能嚴(yán)格處于回轉(zhuǎn)軸上，且接近于自由振動(dòng)的固有頻率時(shí)會(huì)出現(xiàn)橫向干擾，即系統(tǒng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，這時(shí)的轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速的大小與錠子的結(jié)構(gòu)、粗細(xì)、軸的支承方式等因素有關(guān)。錠子如果在臨界轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)劇烈的振動(dòng)，而且錠桿的傾斜程度明顯增大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行還會(huì)造成錠桿根部的彎曲變形，因此要盡可能的避免錠子在臨界速度附近工作，細(xì)紗錠子的工作轉(zhuǎn)速介于第一、第二階臨界轉(zhuǎn)速之間，在此區(qū)間的錠子由于強(qiáng)迫振動(dòng)的急劇減少，從而改善了錠子的振動(dòng)狀況[5]。

4 結(jié)語

高速旋轉(zhuǎn)的錠子的振動(dòng)實(shí)質(zhì)上是復(fù)合振動(dòng)，既有強(qiáng)迫振動(dòng)，又有自激振動(dòng)，因此要從這兩方面降低振動(dòng)給錠子帶來的影響。一方面從強(qiáng)迫振動(dòng)考量，盡量減少回轉(zhuǎn)件不平衡所引起的周期性變化的離心力，降低旋轉(zhuǎn)部件運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)產(chǎn)生的慣性沖擊。另一方面，從自激振動(dòng)考量，選用適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，保證機(jī)構(gòu)內(nèi)合理的傳動(dòng)間隙，保證足夠合理的潤滑，控制合適的動(dòng)力速度。

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[4]劉世良.切削加工中振動(dòng)產(chǎn)生的原因及消減措施[J].硅谷， 2011（14）：166.

[5]陳延軍.切削顫振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析[D].西北工業(yè)大學(xué)，2006.

作者簡(jiǎn)介：尚會(huì)超（1974-），男，博士，副教授，主要研究方向：機(jī)械電子。