变刚度碟形弹簧减振器在冲床上的应用

    冲床工作时的强振动和强噪音对工作环境、劳动安全和设备寿命造成很大危害，采用减振器对冲床进行冲击隔离，能有效降低设备基础振动，但会出现机身振幅加大，严重时出现机身大幅摇晃，影响加工精度和劳动安全。因此，针对冲床的振动缓冲应综合考虑冲床设备基础的减振和机身振幅增大的限制。

    常用机床减振器类型有橡胶、螺旋弹簧、空气弹簧等。橡胶减振器的载荷－变形曲线呈硬特性１］，螺旋弹簧减振器的载荷－变形曲线则呈线性，这些减振器的冲击能量吸收率η较低 （η≤５０％），振动缓冲效果一般，但成本低廉，使用方便，无需辅助设备，故在冲床振动缓冲中应用十分广泛。空气弹簧减振器的载荷－变形曲线呈软特性，冲击能量的吸收率高 （η＞５０％），可根据需要进行设计，通过调节气压改变静、动刚度［２］。空气弹簧振动缓冲效果优越，但价格昂贵，还需配备配气系统，目前多用于高速自动冲床。

    本文介绍一种具有变刚度特性的碟形弹簧 （以下简称碟簧）减振器的开发与应用，该弹簧减振器的冲击能量吸收率高，振动缓冲效果好，成本低且使用方便。

    １　减振器刚度对冲床设备基础及机身振动的影响

    １．１　减震器刚度的影响分析

    冲压工件时，冲床冲击力作用时间很短，例如：冲裁板料时可达０．０１ｓ以下，力脉冲呈跳跃式变化，冲床振动缓冲系统必须尽可能的减小设备基础受到的冲击力，使设备具备较小的冲击传递系数。

    由于冲击力作用时间τ远小于振动缓冲系统的固有周期Ｔ（一般τ＜０．３　Ｔ），因此，冲击作用可简化为速度阶跃的冲击模型，冲击力、加速度、冲击速度可简化为等效的矩形脉冲，则冲床最大冲击速度为Ｖｍ＝Ｆｍτ／ｍ（其中Ｆ、ｍ分别是冲床向下冲击力最大值和冲床质量）［３］；对于减振器刚度为线性的振动缓冲系统，若忽略阻尼，设备基础受到的冲击加速度最大值为ａｍ＝ω０Ｖｍ（其中ω０是振动缓冲系统固有频率），冲击传递系数Ｔｓ：

Ｔｓ＝ω０τ（１）

　　由式 （１）可知，由于τ取决于工件变形量 （或冲裁件厚度和冲床滑块速度，不能随意改变，要降低Ｔｓ，应减小缓冲系统固有频率ωω０与系统刚度成正比，故要求减振器要有较低的刚度。

    对于非线性刚度减振器，其刚度要根据有关曲线图来确定，虽然不能直接用式 （１）计算，但冲击传递系数与减振器刚度仍成正比关系，对近似线性刚度的减振器，式 （１）仍适用。