手提式电磁铆枪减振降噪研究

　　0　引　言

　　电磁铆接是一种新型机械连接工艺方法,70年代在国外已得到应用[1],我国已开始采用这种技术。电磁铆接加载速率高,铆接力稳定,能够用于难成形材料及大直径铆钉的铆接。手提式电磁铆枪操作灵活,使用方便,对结构的开敞性要求低,因而在结构不开敞部位有普通铆接方法无法取代的技术经济优势[2]。为解决TB2-1铆钉的铆接难题,我国某重点型号工程已开始采用电磁铆接技术。但作为一种新型铆接设备,手提式电磁铆枪在使用过程中还存在后坐力、噪音大等问题[3],限制了这一先进技术的推广应用。

　　1　手提式电磁铆枪结构分析

　　手提式电磁铆枪结构如图1所示。铆接时,由脉冲电源对初级线圈产生峰值为2万安培左右的脉冲电流,该电流使得次级线圈产生感应电流,进而两个线圈之间产生一巨大的涡流斥力,经调制器的传播,最终输出到铆钉上一个很大的力,使铆钉在极短的瞬间完成塑性变形。在铆接过程中,由于次级线圈与调制器及调制器与铆钉之间等金属撞击而产生较大的噪音,同时铆钉变形的反作用力及涡流力使操作人员受到一较大的反向后坐力。根据试验,铆枪产生的噪声瞬时峰值最高可达120dB[4],而后坐力最大达1400N[5],操作人员很难接受这种工作条件。从图1可以看出,现有电磁铆枪已采用了隔振系统,但隔振效果不太理想,传递系数太大,导致后坐力较大;另外,铆枪结构中金属撞击的环节较多,增大了噪声源。因而必须对电磁铆枪的隔振系统和结构进行改进,以降低传递系数,减少噪声源,提高工程实用性。

　　2　隔振系统的力学模型

　　橡胶垫可以简化为弹簧与阻尼器并联系统,则图1所示铆枪的隔振系统简图如图2(a),属于单层弹性连接粘性阻尼系统。其绝对传递系数为:

（2）

其中,k1和k2为弹簧的弹性系数,X为扰动力的圆频率。

　　从实测的电磁铆接力可知,铆接力的频率在1000～2000Hz之间,因而频率比B非常大,可采用(2)式计算传递系数。要提高隔振效果,即要减小TA,从(2)式可以看出系统刚度比N越小隔振效果越好。现有铆枪隔振系统橡胶垫在上,弹簧在下,刚度比较大,隔振效果差。但隔振系统的刚度比不能任意减小。刚度较小时,在铆接的瞬间初级线圈后移量大,两线圈距离增大,而铆接力的大小与两线圈的距离成正比[6]。因此,降低刚度比意味着减小铆接力,降低幅度不应太大。大量实验表明,单层冲击隔振仅对低频隔振有效,对高频振动不理想[7]。而电磁铆接力属于高频范围,因而现有的单层隔振系统不合适。为提高隔振效果,可采用高频隔振效果好的双层隔振系统,为此在橡胶和弹簧之间增加一个质量块,其隔振系统简图如图2(b),传递系数