D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.10.008 第30卷第10期 北京科技大学学报 Vol.30 No.10 2008年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2008 CSP轧机万向接轴弯扭耦合振动 闫晓强刘丽娜曹曦史灿 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要以连续分布质量的轧机万向接轴为研究对象，考虑了万向接轴的倾角、自重、质量偏心以及阻尼的影响，从动力学角 度建立了万向接轴的弯扭耦合振动方程，并对实测的数据给出了理论解释.从所得到的微分方程可以看出：当轴系存在不平 衡时，扭转振动与弯曲振动之间存在着很明显的相互耦合关系：当轴系没有不平衡时，扭转振动会对弯曲振动产生影响，而弯 曲振动对扭转振动没有影响. 关键词CSP轧机；万向接轴：振动耦合：振动方程；分布质量模型：不平衡 分类号TG333.15:TH113.1 Coupling of lateral and torsional vibration for the spindle of a CSP mill YAN Xiaogiang,LIU Lina,CAO Xi,SHI Can School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The spindle of a CSP mill was researched as continuous distributed mass.The spindle's angle.self-weight,mass un- balance and damp were all considered as influential factors.The equations of lateral-torsional coupling vibration for the spindle were established based on the dynamical theory to theoretically interpret field testing data.According to the differential equation of the mathematic model.the following conclusions can be drawn:if unbalance exists,the lateral vibration and torsional vibration are cou- pled distinctly:if unbalance does not exist,the torsional vibration can affect the lateral vibration,but the lateral vibration has not any effect on the torsional vibration. KEY WORDS CSP mill:spindle:vibration coupling:vibrational equation:distributed mass model:unbalance 轧机主传动系统主要振动形式是扭转振动，许 tion,紧凑式板带生产)轧机F3(精轧机组第3架轧 多学者对扭振做了大量的研究工作山，取得了一些 机)的上下万向接轴的扭矩和弯矩进行了测试，测试 成果，但涉及弯曲振动的研究却很少，随着研究轧 结果见图1和图2.从图中可以看出：(1)咬钢后，轧 机振动理论的不断深入和轧机出现的多种振动现 机没有产生振动时，上下接轴扭矩波形都比较平滑， 象，研究扭转振动和弯曲振动的耦合成为解释轧机 波动较小.弯矩波形反映了由万向接轴重力所产生 振动现象的重要任务之一，事实上，由于万向接轴 的弯矩，一周一次，呈现比较规则的简谐波，(2)轧 跨度较大，而且存在倾角)，使这两种振动在一定 机出现振动时，上下接轴的弯矩和扭矩均有明显的 的条件下同时存在并且相互耦合，呈现出复杂的动 变化，波动幅度很大并呈现拍振现象，此时，弯矩的 力学特性3]，因此，从弯扭耦合的角度来研究万 频率不再单一，包括形状波频率和细节波频率两部 向接轴的振动，对认识轧机的振动现象、了解其振动 分，(3)经过频谱分析，各参数的主要频率成分如 规律具有重要的意义， 表1所示.可以看出上、下万向接轴的扭振频率都 十分接近，与上、下万向接轴弯曲振动频率也很 1 现场测试现象 接近 利用遥测系统对某CSP(compact strip produc 收稿日期：2007-10-31修回日期：2007-11-01 作者简介：闫晓强(1961一)，男，教授，Emil:yx平hw@263.nctCSP 轧机万向接轴弯扭耦合振动 闫晓强 刘丽娜 曹 曦 史 灿 北京科技大学机械工程学院‚北京100083 摘 要 以连续分布质量的轧机万向接轴为研究对象‚考虑了万向接轴的倾角、自重、质量偏心以及阻尼的影响‚从动力学角 度建立了万向接轴的弯扭耦合振动方程‚并对实测的数据给出了理论解释．从所得到的微分方程可以看出：当轴系存在不平 衡时‚扭转振动与弯曲振动之间存在着很明显的相互耦合关系；当轴系没有不平衡时‚扭转振动会对弯曲振动产生影响‚而弯 曲振动对扭转振动没有影响． 关键词 CSP 轧机；万向接轴；振动耦合；振动方程；分布质量模型；不平衡 分类号 TG333∙15；T H113∙1 Coupling of lateral and torsional vibration for the spindle of a CSP mill Y A N Xiaoqiang‚LIU Lina‚CA O Xi‚SHI Can School of Mechanical Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT T he spindle of a CSP mill was researched as continuous distributed mass．T he spindle’s angle‚self-weight‚mass un￾balance and damp were all considered as influential factors．T he equations of latera-l torsional coupling vibration for the spindle were established based on the dynamical theory to theoretically interpret field testing data．According to the differential equation of the mathematic model‚the following conclusions can be drawn：if unbalance exists‚the lateral vibration and torsional vibration are cou￾pled distinctly；if unbalance does not exist‚the torsional vibration can affect the lateral vibration‚but the lateral vibration has not any effect on the torsional vibration． KEY WORDS CSP mill；spindle；vibration coupling；vibrational equation；distributed mass model；unbalance 收稿日期：2007-10-31 修回日期：2007-11-01 作者简介：闫晓强（1961—）‚男‚教授‚E-mail：yxqzhw＠263．net 轧机主传动系统主要振动形式是扭转振动．许 多学者对扭振做了大量的研究工作［1］‚取得了一些 成果‚但涉及弯曲振动的研究却很少．随着研究轧 机振动理论的不断深入和轧机出现的多种振动现 象‚研究扭转振动和弯曲振动的耦合成为解释轧机 振动现象的重要任务之一．事实上‚由于万向接轴 跨度较大‚而且存在倾角［2］‚使这两种振动在一定 的条件下同时存在并且相互耦合‚呈现出复杂的动 力学特性［3—6］．因此‚从弯扭耦合的角度来研究万 向接轴的振动‚对认识轧机的振动现象、了解其振动 规律具有重要的意义． 1 现场测试现象 利用遥测系统对某 CSP（compact strip produc￾tion‚紧凑式板带生产）轧机 F3（精轧机组第3架轧 机）的上下万向接轴的扭矩和弯矩进行了测试‚测试 结果见图1和图2．从图中可以看出：（1）咬钢后‚轧 机没有产生振动时‚上下接轴扭矩波形都比较平滑‚ 波动较小．弯矩波形反映了由万向接轴重力所产生 的弯矩‚一周一次‚呈现比较规则的简谐波．（2）轧 机出现振动时‚上下接轴的弯矩和扭矩均有明显的 变化‚波动幅度很大并呈现拍振现象．此时‚弯矩的 频率不再单一‚包括形状波频率和细节波频率两部 分．（3） 经过频谱分析‚各参数的主要频率成分如 表1所示．可以看出上、下万向接轴的扭振频率都 十分接近‚与上、下万向接轴弯曲振动频率也很 接近． 第30卷 第10期 2008年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．10 Oct．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．10．008