汽车半轴楔横轧机动态特性

D01:10.13374.isml00103x.2007.2.B3 第29卷第12期 北京科技大学学报 Vol.29 No.12 2007年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2007 汽车半轴楔横轧机动态特性 束学道1)赵朋2) 1)北京科技大学机械工程学院北京1000832)安秦科技有限公司，北京100081 摘要为了解汽车半轴楔横轧机动态特性.提高设备整体性能和产品精度，应用AN$YS有限元动力学分析模块，得到了汽 车半轴轧机的工作机座和主传动系统的固有频率和振型.并对汽车半轴楔横轧机动态特性进行了详细分析.结果表明，该轧 机的工作机座和主传动系统的动态特性设计可靠. 关键词楔横轧：半轴轧机：汽车半轴；动态特性；有限元法 分类号TG335.19 汽车半轴是汽车传动系统中重要的承载件刂， 1半轴轧机有限元动力学方程 也是汽车上的易损部件之一.近年来随着我国汽车 产业的迅速发展，对半轴的需求量大大增加.目前， 有限元方法求解轧机振动特性，首先要将模型 这些汽车半轴主要以锻造方法生产到，存在生产 离散化，以便进行单元分析.模型在有限单元划分 效率低、耗材多、成本高、噪音大、污染重等缺点，己 后，运动状态中各节点的动力学平衡方程为： 不能很好地适应节约型社会发展的要求，若用多楔 Fi+F+F=P(t) (1) 同步楔横轧成形技术生产汽车半轴，则比锻造法生 式中，F:、F、F和P(t)分别表示惯性力向量、阻尼 产效率提高3~7倍，节材15%~20%，轧制精度 力向量、弹性力向量和动力载荷向量，其值为： 高，机加工工序少，另外还具有清洁生产等优点利. 因此，研究汽车半轴多楔同步楔横轧装备，实现汽车 E=Mò (2) 半轴高效、高精度和节能化生产，具有重大的实际意 F-C7 (3) 义和应用前景. F=K8 (4) 汽车半轴楔横轧机工作机座的垂直振动和主传 动系统的扭转振动，直接影响设备整体性能和产品 其中，6为位移向量.将式(2)~(4)代入式(1)中， 则有 精度.伴随着楔横轧产品尺寸的增大和对精度要求 的提高，对大型楔横轧设备的动态特性要求也越来 Map计Cd计KG-P() (5) 越高.目前对于提高楔横轧产品质量和精度的研 即 究。多集中在静力学分析，而从动力学方面去研究相 对较少一，由于模态分析可以确定设计中的结构 M+C计KG=P(t) (6 式(6)就是半轴轧机的动力学方程9.求解此动力 和其振动特性（固有频率和振型）7，也是瞬态动力 学方程，可得到轧机的固有频率、振型以及相应的动 学分析的基础：因此本文应用ANSYS有限元动力 力响应.用有限元法求解轧机的动力学方程主要 学分析模块，详细分析了汽车半轴楔横轧工作机座 需要解决三个方面的问题，计算轧机的质量矩阵 的固有频率和对应振型，接触条件对其模态的影响 M、阻尼矩阵C和刚度矩阵K.本文采用ANSYS 规律，以及主传动系统的扭转振动模态.研究成果 动力学分析模块进行求解.由于阻尼对模态的影响 为优化楔横轧机设计，提高汽车半轴精度和实现汽 不大故本文把半轴轧机看作无阻尼自由振动系统 车半轴高效化生产提供了参考依据. 2半轴轧机的动态特性 收稿日期：2007-04-10修回日期：2007-0612 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Na.50475175,No. 2.1半轴轧机工作机座的动态特性 50435010):模具技术国家重点实验室开放基金资助项目(Na07 06 半轴轧机如图1所示，根据半轴轧机和组成轧 作者简介：束学道(1968一)，男，教授，博士生导师 机的各个零件的结构特点，对其作合理的简化.在

汽车半轴楔横轧机动态特性 束学道1) 赵 朋2) 1) 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 2) 安泰科技有限公司, 北京 100081 摘 要 为了解汽车半轴楔横轧机动态特性, 提高设备整体性能和产品精度, 应用 ANSYS 有限元动力学分析模块, 得到了汽 车半轴轧机的工作机座和主传动系统的固有频率和振型, 并对汽车半轴楔横轧机动态特性进行了详细分析.结果表明, 该轧 机的工作机座和主传动系统的动态特性设计可靠. 关键词 楔横轧;半轴轧机;汽车半轴;动态特性;有限元法 分类号 TG335.19 收稿日期:2007-04-10 修回日期:2007-06-12 基金 项目:国家 自然 科学 基金 资助 项目 ( No .50475175, No . 50435010) ;模具技术国家重点实验室开放基金资助项目( No.07- 06) 作者简介:束学道( 1968—) , 男, 教授, 博士生导师 汽车半轴是汽车传动系统中重要的承载件[ 1] , 也是汽车上的易损部件之一.近年来随着我国汽车 产业的迅速发展, 对半轴的需求量大大增加 .目前, 这些汽车半轴主要以锻造方法生产[ 2-3] , 存在生产 效率低、耗材多 、成本高、噪音大、污染重等缺点, 已 不能很好地适应节约型社会发展的要求 .若用多楔 同步楔横轧成形技术生产汽车半轴, 则比锻造法生 产效率提高 3 ～ 7 倍, 节材 15 %～ 20 %, 轧制精度 高, 机加工工序少, 另外还具有清洁生产等优点 [ 4] . 因此, 研究汽车半轴多楔同步楔横轧装备, 实现汽车 半轴高效 、高精度和节能化生产, 具有重大的实际意 义和应用前景. 汽车半轴楔横轧机工作机座的垂直振动和主传 动系统的扭转振动, 直接影响设备整体性能和产品 精度 .伴随着楔横轧产品尺寸的增大和对精度要求 的提高, 对大型楔横轧设备的动态特性要求也越来 越高.目前对于提高楔横轧产品质量和精度的研 究, 多集中在静力学分析, 而从动力学方面去研究相 对较少[ 5-6] .由于模态分析可以确定设计中的结构 和其振动特性( 固有频率和振型) [ 7] , 也是瞬态动力 学分析的基础;因此本文应用 ANSYS 有限元动力 学分析模块, 详细分析了汽车半轴楔横轧工作机座 的固有频率和对应振型, 接触条件对其模态的影响 规律, 以及主传动系统的扭转振动模态.研究成果 为优化楔横轧机设计, 提高汽车半轴精度和实现汽 车半轴高效化生产提供了参考依据 . 1 半轴轧机有限元动力学方程 有限元方法求解轧机振动特性, 首先要将模型 离散化, 以便进行单元分析.模型在有限单元划分 后, 运动状态中各节点的动力学平衡方程为: Fi +Fd +Fs =P( t) ( 1) 式中, Fi 、Fd 、Fs 和 P( t)分别表示惯性力向量、阻尼 力向量 、弹性力向量和动力载荷向量, 其值为: Fi =M 2 t 2 δ ( 2) Fd =C t δ ( 3) Fs =Kδ ( 4) 其中, δ为位移向量 .将式( 2) ～ ( 4) 代入式( 1) 中, 则有 M 2 t 2 δ+C t δ+Kδ=P( t) ( 5) 即 Mδ ·· +Cδ · +Kδ=P ( t) ( 6) 式( 6)就是半轴轧机的动力学方程[ 8] .求解此动力 学方程, 可得到轧机的固有频率 、振型以及相应的动 力响应.用有限元法求解轧机的动力学方程, 主要 需要解决三个方面的问题, 计算轧机的质量矩阵 M 、阻尼矩阵 C 和刚度矩阵 K .本文采用 ANSYS 动力学分析模块进行求解.由于阻尼对模态的影响 不大, 故本文把半轴轧机看作无阻尼自由振动系统. 2 半轴轧机的动态特性 2.1 半轴轧机工作机座的动态特性 半轴轧机如图 1 所示, 根据半轴轧机和组成轧 机的各个零件的结构特点, 对其作合理的简化 .在 第 29 卷 第 12 期 2007 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 No.12 Dec.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.12.033

第12期 束学道等：汽车半轴楔横轧机动态特性 。1255· 该轧机的有限元模型的建立中，机架、轴承座、轧辊、 计算为1.5X10Nm1,弹簧的刚度方向沿轧辊的 轴向挡板、上下横梁等均采用实体模型，并用实体单 径向；用Mtix27模拟上轴承座上方和凹球面块之 元对其进行有限元划分.其中，机架、轴承座采用四 间、上轴承座下方与凸球面块之间、下轴承座上方与 面体单元划分，上下轧辊、上下横梁、轴向挡板等采 凸球面块之间在垂直方向的接触刚度：操作侧轴承 用六面体单元划分：轧辊和轴承座之间的接触采用 座通过轴向挡板和机架固定在一起，将接触区表面 弹簧单元Com binel4模拟将弹簧单元按照网格的 节点自由度耦合；压下装置简化为集中质量施加在 划分施加在轧辊和轴承座之间，模型计算中弹性模 左右机架上方：轧件用弹性元件模拟施加在上下轧 量E=202GPa泊松比u=0.3,弹簧单元的刚度经 辊对应节点处 1850 轴承座及 1183 轴向挡板 轧辊 000E 轧辊旋转 830 下横梁 万向接轴 1690 300 电机及减速机 400 齿轮机座 图1半轴轧机 Fig I Automobile semiaxes cross wedge rolling mill 机架通过螺栓固定在底座上，在机架螺栓对应 位置施加固定约束模拟底座对机架的作用.简 化后轧机工作机座实体模型如图2所示，有限元模 型如图3所示. 图3轧机的工作机座有限元模型 Fig.3 Finite element model of the working seat of the rol ling mill 利用上述计算模型和边界条件，应用ANSYS 有限元动力学分析模块，求得轧机的前16阶固有频 图2轧机的工作机座实体模型 率如表1所示，轧机的部分振型图如图4所示 Fig 2 Solid model of the working seat of the rolling mill 表1轧机的模态 Table I Mode of the rolling mill 模态阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 固有频率/Hz 48846 6277 66.539 81.438 97.495 159.74 16838 174.33 模态阶数 9 10 12 13 14 15 16 固有频率/Hz 185.46 19672 23471 240.73 243.47 250.66 30007 305.77

该轧机的有限元模型的建立中, 机架、轴承座 、轧辊 、 轴向挡板 、上下横梁等均采用实体模型, 并用实体单 元对其进行有限元划分.其中, 机架 、轴承座采用四 面体单元划分, 上下轧辊 、上下横梁 、轴向挡板等采 用六面体单元划分 ;轧辊和轴承座之间的接触采用 弹簧单元 Combine14 模拟, 将弹簧单元按照网格的 划分施加在轧辊和轴承座之间, 模型计算中弹性模 量 E =202 GPa, 泊松比 μ=0.3, 弹簧单元的刚度经 计算为 1.5 ×10 9 N·m -1 , 弹簧的刚度方向沿轧辊的 径向 ;用 M atrix27 模拟上轴承座上方和凹球面块之 间 、上轴承座下方与凸球面块之间、下轴承座上方与 凸球面块之间在垂直方向的接触刚度;操作侧轴承 座通过轴向挡板和机架固定在一起, 将接触区表面 节点自由度耦合;压下装置简化为集中质量施加在 左右机架上方 ;轧件用弹性元件模拟施加在上下轧 辊对应节点处. 图 1 半轴轧机 Fig.1 Automobile semi-axes cross wedge rolling mill 机架通过螺栓固定在底座上, 在机架螺栓对应 位置施加固定约束, 模拟底座对机架的作用[ 9] .简 化后轧机工作机座实体模型如图 2 所示, 有限元模 型如图 3 所示. 图 2 轧机的工作机座实体模型 Fig.2 Solid model of the working seat of the rolling mill 图3 轧机的工作机座有限元模型 Fig.3 Finite element model of the working seat of the rolling mill 利用上述计算模型和边界条件, 应用 ANSYS 有限元动力学分析模块, 求得轧机的前 16 阶固有频 率如表 1 所示, 轧机的部分振型图如图 4 所示. 表 1 轧机的模态 Tabl e 1 Mode of the rolling mill 模态阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 固有频率/ Hz 48.846 62.77 66.539 81.438 97.495 159.74 168.38 174.33 模态阶数 9 10 11 12 13 14 15 16 固有频率/ Hz 185.46 196.72 234.71 240.73 243.47 250.66 300.07 305.77 第 12 期 束学道等:汽车半轴楔横轧机动态特性 · 1255 ·

。1256· 北京科技大学学报 第29卷 (c) 图4轧机的部分振型图.(a)3阶振型：(b)4阶振型：(c8阶振型 Fig.4 Part vibration styles of the rolling mill:(a)the 3th vibration style (b)the 4th vibration style:(c)the 8th vibration style 由表1和轧机的振动动画可以看出，1阶振型 为上下轧辊和上下横梁在y方向的振动：2阶振型 齿轮基座输人轴 为上轧辊在z方向的振动，下横梁在y方向的振 入电机转子减速器输人轴 动：3阶振型为轧机整体在z方向的振动，其振型如 图4a)所示：4阶振型为轧机整体在x方向的振 轧辊 动，其振型如图4(b)所示；5阶振型为轧机整体左右 连接轴 部分在z方向的反向摆动：6阶振型为传动侧机架 齿轮基座输出轴 的x方向振动：7阶振型为传动侧机架x向振动， 减速器输出轴， 减速器中间轴 上下轧辊z向振动：8阶振型为整体在y方向的振 图5主传动系统实体模型 动，其振型如图4(c)所示：9阶振型为轧机整体中辊 Fig.5 Solid model of the principal transmission system 系部分x向的振动：10阶振型为下轧辊在y方向的 局部振动：其余高阶振型多为复合振动. 由以上分析知x向的一阶固有频率为 81.4Hz,y向的一阶固有频率为174.3Hz,z向的 一阶固有频率为665Hz. 2.2半轴轧机主传动系统的动态特性 用有限元方法研究主传动系统的动态特性，必 须对其做必要的简化上下轧辊去掉不必要的倒角 等：将上下连接轴上的许多曲面和倒角圆角去掉；齿 轮基座系统将主轴和齿轮做成一个整体，忽略齿轮 图6主传动系统有限元模型 上的细小的环节，简化掉主轴的小细节，齿轮箱中的 Fig.6 Finite element model of the principal transmission system 轴和齿轮也都作相应的简化，包括电机的转子都做 相应的简化.简化后的主传动系统实体模型如图5 零件之间的接触为接触处节点连接 所示，有限元模型如图6所示. 在上面的计算模型和约束条件下，对主传动系 主传动系统约束条件：各轴承位置表面施加径 统进行模态分析，得到的模态分析结果如表2所示， 向约束各轴承位置表面节点施加轴向约束零件与 其部分振型图如图7所示 表2主传动系统固有频率 Table2 Natural frequency of the principal transmission system 阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 固有频率/Hz1L.7 17.1 223 435 11.6111.6111.6 111614852443 阶数 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 固有频率/Hz 2580 294.3 301.4 309.4 309.4 309.4 309.4 313.6 313.6 3136

图 4 轧机的部分振型图.( a) 3 阶振型;( b) 4 阶振型;( c) 8 阶振型 Fig.4 Part vibration styles of the rolling mill :( a) the 3th vibration style;( b) the 4th vibration style ;( c) the 8th vibration style 由表 1 和轧机的振动动画可以看出, 1 阶振型 为上下轧辊和上下横梁在 y 方向的振动;2 阶振型 为上轧辊在 z 方向的振动, 下横梁在 y 方向的振 动;3 阶振型为轧机整体在 z 方向的振动, 其振型如 图 4( a) 所示 ;4 阶振型为轧机整体在 x 方向的振 动, 其振型如图 4( b)所示;5 阶振型为轧机整体左右 部分在 z 方向的反向摆动;6 阶振型为传动侧机架 的 x 方向振动;7 阶振型为传动侧机架 x 向振动, 上下轧辊 z 向振动 ;8 阶振型为整体在 y 方向的振 动, 其振型如图 4( c)所示;9 阶振型为轧机整体中辊 系部分 x 向的振动;10 阶振型为下轧辊在 y 方向的 局部振动 ;其余高阶振型多为复合振动 . 由以 上 分 析 知, x 向 的 一 阶 固 有 频 率 为 81.4 Hz, y 向的一阶固有频率为 174.3 Hz, z 向的 一阶固有频率为 66.5 Hz . 2.2 半轴轧机主传动系统的动态特性 用有限元方法研究主传动系统的动态特性, 必 须对其做必要的简化, 上下轧辊去掉不必要的倒角 等;将上下连接轴上的许多曲面和倒角圆角去掉;齿 轮基座系统将主轴和齿轮做成一个整体, 忽略齿轮 上的细小的环节, 简化掉主轴的小细节, 齿轮箱中的 轴和齿轮也都作相应的简化, 包括电机的转子都做 相应的简化 .简化后的主传动系统实体模型如图 5 所示, 有限元模型如图 6 所示 . 主传动系统约束条件:各轴承位置表面施加径 向约束, 各轴承位置表面节点施加轴向约束, 零件与 图5 主传动系统实体模型 Fig.5 Solid model of the principal transmission system 图6 主传动系统有限元模型 Fig.6 Finite element model of the principal transmission system 零件之间的接触为接触处节点连接. 在上面的计算模型和约束条件下, 对主传动系 统进行模态分析, 得到的模态分析结果如表 2 所示, 其部分振型图如图 7 所示. 表 2 主传动系统固有频率 Tabl e 2 Natural frequency of the principal transmission system 阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 固有频率/ Hz 11.7 17.1 22.3 43.5 111.6 111.6 111.6 111.6 148.5 244.3 阶数 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 固有频率/ Hz 258.0 294.3 301.4 309.4 309.4 309.4 309.4 313.6 313.6 313.6 · 1256 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷

第12期 束学道等：汽车半轴楔横轧机动态特性 。1257。 (b) 图7主传动系统部分振型图.(a)3阶振型：(b)4阶振型：(95阶振型：(d12阶振型 Fig 7 Part vibration mode of principal transmission system:a)the 3th vbration style:(b)the 4th vbration style:(c)the 5th vibration style (d)the 12th vibration style 由表2和其对应的振型图可以得出，最先出现 3 接触刚度对半轴轧机工作机座动态 扭转振动的是电机转子到减速器输入轴，其扭转频 率为11.7Hz上下轧辊的一阶扭振频率在17~ 特性的影响 22Hz之间：齿轮机座输入轴和输出轴的一阶扭振频 在上面的分析中，应用弹簧单元模拟轧辊和轴 率为43.5Hz:减速器的输出轴的一阶扭转固有频率 承座之间的接触其沿轧辊径向的刚度用k1表示； 为148Hz:减速器中的中间轴的一阶扭转固有频率 上轴承座与凹球面块在垂直方向上的接触刚度由 为244Hz附近；上下连接轴扭转振动固有频率为 k2表示；上轴承座下方和下轴承座上方与凸球面块 250~290Hz之间.上下传动轴在y、z方向的一阶 在垂直方向的接触刚度由k3表示.由于接触刚度 弯曲固有频率为111Hz;上下轧辊在y、z方向上一 很难准确计算，故研究接触刚度大小对轧机动态特 阶弯曲固有频率为309Hz.主传动系统在现有转速 性的影响.图8为轧机模态随接触刚度的变化图. 下不会发生扭转共振 250 250 300 +1.5×107 /N-m) +1.5×10 k/(N.m) -+1.5×10 /(N.m) 200 年1.5×103 200 +1.5×100 250 -1.5×10° ◆1.5×10° ◆1.5×101 兰200 +1.5×10° 150 +1.5×10o 150 +-1.5×102 +-1.5×100 %1.5×101 150 -1.5×10 ★ 100 50 50 24681012141618 0024681012141618 024681021416i8 模态阶数，n 模态阶数，n 模态阶数，n (a)轧机模态随k变化图 (b)轧机模态随k2变化图 (©)轧机模态随k变化图 图8轧机模态随接触刚度变化图 Fig.8 Change in mode of the rol ling mill with contact stiffness 由图8可以看出：伴随k1增加，半轴轧机的多 率成规律性增加.k1对轧机模态影响最大，k3对轧 数阶固有频率有所增加：当k1达到1.5×100 机模态影响次之，k2对轧机模态影响相对较小. N·m1后，随着k1继续增加，大多数阶固有频率增 4结论 加量相对减少.伴随k2的增加半轴轧机的多数阶 固有频率有所增加，但增加量相对较小.伴随k3的 (1)通过分析半轴轧机在现有边界条件下的固 增加，轧机的低阶固有频率变化不大，但高阶固有频 有频率和振型，得到轧机工作机座在x、y和z各自

图 7 主传动系统部分振型图.( a) 3 阶振型;( b) 4阶振型;( c) 5 阶振型;( d) 12 阶振型 Fig.7 Part vibration mode of principal transmission system:( a) the 3th vibration style ;( b) the 4th vibration style ;( c) the 5th vibration style;( d) the 12th vibration styl e 由表 2 和其对应的振型图可以得出, 最先出现 扭转振动的是电机转子到减速器输入轴, 其扭转频 率为 11.7 Hz ;上下轧辊的一阶扭振频率在 17 ～ 22 Hz之间 ;齿轮机座输入轴和输出轴的一阶扭振频 率为 43.5Hz ;减速器的输出轴的一阶扭转固有频率 为 148 Hz ;减速器中的中间轴的一阶扭转固有频率 为 244 Hz 附近;上下连接轴扭转振动固有频率为 250 ～ 290 Hz 之间.上下传动轴在 y 、z 方向的一阶 弯曲固有频率为 111 Hz ;上下轧辊在 y 、z 方向上一 阶弯曲固有频率为 309Hz .主传动系统在现有转速 下不会发生扭转共振 . 3 接触刚度对半轴轧机工作机座动态 特性的影响 在上面的分析中, 应用弹簧单元模拟轧辊和轴 承座之间的接触, 其沿轧辊径向的刚度用 k 1 表示; 上轴承座与凹球面块在垂直方向上的接触刚度由 k 2 表示;上轴承座下方和下轴承座上方与凸球面块 在垂直方向的接触刚度由 k3 表示.由于接触刚度 很难准确计算, 故研究接触刚度大小对轧机动态特 性的影响.图 8 为轧机模态随接触刚度的变化图. 图 8 轧机模态随接触刚度变化图 Fig.8 Change in mode of the rolling mill with contact stiffness 由图 8 可以看出:伴随 k 1 增加, 半轴轧机的多 数阶固有频率有所增 加;当 k 1 达到 1.5 ×10 10 N·m -1后, 随着 k1 继续增加, 大多数阶固有频率增 加量相对减少.伴随 k 2 的增加, 半轴轧机的多数阶 固有频率有所增加, 但增加量相对较小.伴随 k 3 的 增加, 轧机的低阶固有频率变化不大, 但高阶固有频 率成规律性增加.k 1 对轧机模态影响最大, k 3 对轧 机模态影响次之, k 2 对轧机模态影响相对较小. 4 结论 ( 1) 通过分析半轴轧机在现有边界条件下的固 有频率和振型, 得到轧机工作机座在 x 、y 和z 各自 第 12 期 束学道等:汽车半轴楔横轧机动态特性 · 1257 ·

。1258· 北京科技大学学报 第29卷 方向的一阶固有频率轧机工作机座在现有条件下 2000(2):31 不会发生共振动态特性可靠. 【3到李和平，金曼曼.汽车半轴的热挤压成形新工艺.锻压装备与 制造技术，2003(5)：35 (2)得到了接触刚度k1、k2和k3对轧机模态 【9胡正寰，张康生，王宝雨，等。楔横轧零件成形技术与模拟仿 的影响规律.k1刚度对轧机模态影响最大k3刚度 真.北京：治金工业出版社，2004189 对轧机模态影响次之，k2刚度对轧机模态影响最 【习束学道，赵静，胡正襄.H1400楔横轧机工作机座的结构与设 小. 计.北京科技大学学报，2006.28(4)：376 (3)得到了主传动系统的扭振固有频率和振型 [6 Fu X P,Dean T A.Past developments,current applications and 变化规律.其中扭转振动的一阶固有频率为 trends in the cross wedge mlling process.Int J Mach Tools Manuf1993.33(3):367 1山.7Hz,上下轧辊的一阶扭振固有频率在17~ 【7刘义.机械设计中基于有限元方法的模态分析.机械，2003， 22Hz之间，齿轮机座传动轴的一阶扭振固有频率为 30(5):96 43.5Hz,上下连接轴的一阶扭振固有频率为250~ 【习杨平.柴油机结构系统的模态分析学位论刘·成都：电子科 290Hz.在轧机现有转速下，轧机主传动系统不会 技大学，200428 发生共振 【身张连东.2350铝箔轧机工作辊轴承座动态特性研究！学位论 丸.秦皇岛：燕山大学，2000,49 参考文献 【10张登山，李华德.连轧机主传动系统扭振现象的研究.电工 技术杂志.20049)：36 [刂关文达。汽车构造.北京：机械工业出版社，2004：5 【☒陈国斌。利用自由锻锤锻微车半轴工艺的研究.广西机械， Dynamic characteristics of automobile semi-axes cross wedge rolling mills SHU Xuedao",ZHAO Peng2) 1)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Advanced Technology Materials Co.Ltd.Beijng 100081.China ABSTRACT In order to study dy namic characteristics of an automobile semi-axes cross wedge rolling mill and to improve the whole performance and precision of rolled work pieces,ANSYS dynamic analysis module was used to calculate the natural frequency and vibration styles of the rolling mill,and the dynamic characteristics of automobile semi-axes cross wedge rolling were analyzed.The results indicate that the design of the rolling mill is dependable according to existing parameters. KEY WORDS cross wedge rolling;semi-axes rolling mill;automobile semi-axis;dynamic characteristics;fi nite element method

方向的一阶固有频率, 轧机工作机座在现有条件下 不会发生共振, 动态特性可靠 . ( 2) 得到了接触刚度 k 1 、k 2 和 k 3 对轧机模态 的影响规律.k1 刚度对轧机模态影响最大, k 3 刚度 对轧机模态影响次之, k 2 刚度对轧机模态影响最 小. ( 3) 得到了主传动系统的扭振固有频率和振型 变化 规律 .其中 扭转 振动 的一阶 固有 频率 为 11.7 Hz, 上下轧辊 的一阶扭振固有频 率在17 ～ 22 Hz之间, 齿轮机座传动轴的一阶扭振固有频率为 43.5 Hz, 上下连接轴的一阶扭振固有频率为250 ～ 290 Hz .在轧机现有转速下, 轧机主传动系统不会 发生共振 . 参 考 文 献 [ 1] 关文达.汽车构造.北京:机械工业出版社, 2004:5 [ 2] 陈国斌.利用自由锻锤锻微车半轴工艺的研究.广西机械, 2000( 2) :31 [ 3] 李和平, 金曼曼.汽车半轴的热挤压成形新工艺.锻压装备与 制造技术, 2003( 5) :35 [ 4] 胡正寰, 张康生, 王宝雨, 等.楔横轧零件成形技术与模拟仿 真.北京:冶金工业出版社, 2004:189 [ 5] 束学道, 赵静, 胡正寰.H1400 楔横轧机工作机座的结构与设 计.北京科技大学学报, 2006, 28( 4) :376 [ 6] Fu X P, Dean T A .Past developmen ts, current applications and trends in the cross w edge rolling process.Int J Mach Tools Manuf, 1993, 33(3) :367 [ 7] 刘义.机械设计中基于有限元方法的模态分析.机械, 2003, 30 ( 5) :96 [ 8] 杨平.柴油机结构系统的模态分析[ 学位论文] .成都:电子科 技大学, 2004:28 [ 9] 张连东.2350 铝箔轧机工作辊轴承座动态特性研究[ 学位论 文] .秦皇岛:燕山大学, 2000:49 [ 10] 张登山, 李华德.连轧机主传动系统扭振现象的研究.电工 技术杂志, 2004(9) :36 Dynamic characteristics of automobile semi-axes cross wedge rolling mills S HU X uedao 1) , ZHAO Peng 2) 1) Mechanical Engineering S chool, University of Sci ence and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Advanced Technology &Mat erials Co .Ltd, Beijing 100081, China ABSTRACT In order to study dy namic characteristics of an automobile semi-axes cross wedge rolling mill and to improve the w hole performance and precisio n of rolled wo rk pieces, ANSYS dynamic analysis module was used to calculate the natural frequency and vibration styles of the rolling mill, and the dynamic characteristics of automobile semi-axes cross w edge rolling w ere analyzed .The resultsindicate that the design of the rolling mill is dependable according to existing parameters . KEY WORDS cross wedge rolling ;semi-axes rolling mill;automobile semi-axis ;dynamic characteristics ;fi￾nite element method · 1258 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷