1 前言

　　并聯(lián)機(jī)構(gòu)主要由桿件組成，重量輕，因此末端執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)速度可以很高。將并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于數(shù)控機(jī)床，可以大大提高其運(yùn)動(dòng)部件的進(jìn)給速度，這是近年來并聯(lián)機(jī)床受人注目的重要原因之一。但是并聯(lián)機(jī)構(gòu)自身的阻尼很小，故對振動(dòng)抑制不利。 　　

　　另一方面，在利用其重量輕、速度快等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又帶來了因很大的加減速度而出現(xiàn)的振動(dòng)力問題。此外，由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由眾多桿件組成的，其振動(dòng)比較復(fù)雜，因此并聯(lián)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)問題是一個(gè)亟待解決的問題。 　　

　　并聯(lián)機(jī)構(gòu)的P關(guān)節(jié)(直線運(yùn)動(dòng))有很多種驅(qū)動(dòng)形式，例如:液壓驅(qū)動(dòng)桿作軸向運(yùn)動(dòng)：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，再通過安裝在滑臺(tái)上的關(guān)節(jié)帶動(dòng)桿移動(dòng)：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠回轉(zhuǎn)，通過螺母帶動(dòng)桿作直線移動(dòng)。 　　

　　圖1的P關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)形式屬于后者:絲杠的支承為固定支承，承受徑向和軸向載荷，絲杠螺母副和固定在螺母上的絲杠套筒及其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)共同組成P關(guān)節(jié)。此結(jié)構(gòu)中，一方面，絲杠高速回轉(zhuǎn)，絲杠套筒沿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)直線移動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)：另一方面，絲杠套筒比較長，其圓柱度誤差比較大。故而在絲杠的末端和絲杠套筒之間不能用固定支承。 　

1.浮動(dòng)支承 2.導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 3.壓蓋 4.絲杠固定支承 5.支座 6.絲杠螺母副 7.絲杠套筒
圖1 電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)P關(guān)節(jié)　

　　因此絲杠只有一端有支承。當(dāng)懸伸較長的絲杠(圖1中螺母絲杠副中的螺母運(yùn)動(dòng)至上方時(shí)) 高速回轉(zhuǎn)及加減速時(shí)，均有可能出現(xiàn)較大的橫向振動(dòng)。 　　

　　本文從增強(qiáng)阻尼及提高橫向抗振剛度的立場出發(fā)，提出并設(shè)計(jì)了一種可以抑制橫向振動(dòng)的浮動(dòng)支承。

　　2 抑振浮動(dòng)支承的結(jié)構(gòu)形式 　　

　　抑振浮動(dòng)支承結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，主要由絲杠、軸承、阻尼套、彈簧、絲杠套筒、夾蓋、鋼球、阻尼套支承座、鎖緊螺母、軸承內(nèi)擋環(huán)和軸承外擋環(huán)等組成。運(yùn)動(dòng)時(shí)軸承的內(nèi)圈與絲杠一起回轉(zhuǎn)，浮動(dòng)支承與絲杠套筒之間為滾動(dòng)摩擦。

1.絲杠套筒 2.阻尼套支承座 3.絲杠 4.軸承 5.阻尼套 6.鋼球 7.夾蓋 8.鎖緊螺母 9.軸承內(nèi)擋圈 10.軸承外擋圈 11.彈簧
圖2 抑振浮動(dòng)支承結(jié)構(gòu)　　

　　3 彈簧阻尼器工作原理 　　

　　將圖2中的鋼球、彈簧、阻尼套可以視為一個(gè)彈簧阻尼器，在阻尼套支承座的圓周方向可以設(shè)置多個(gè)這樣的彈簧阻尼器，其中m為彈簧阻尼器的質(zhì)量，k為彈簧剛度，c為阻尼，如圖3所示。則其振動(dòng)方程式為

mx¨(t)+cx.(t)+kx(t)=f(t)(1)

圖3 減振系統(tǒng)

　　阻尼器的阻尼主要是阻尼套與浮動(dòng)支承的支承座之間的切向接觸阻尼。阻尼力的大小主要與阻尼套的材料、阻尼套與支承座之間的接觸狀態(tài)和絲杠的橫向振動(dòng)速度有關(guān)。彈簧起自位支承作用，它一方面是質(zhì)量m的支承，同時(shí)又使浮動(dòng)支承具有自位作力學(xué)模型用：

　　●在套筒相對于絲杠作軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，即使套筒內(nèi)孔有圓柱度誤差，浮動(dòng)支承的各個(gè)彈簧阻尼器的滾珠也都能保持與套筒內(nèi)孔接觸：

　　.●當(dāng)絲杠有橫向振動(dòng)時(shí)，迫使浮動(dòng)支承座中心恢復(fù)到平衡位置。

　　4 浮動(dòng)支承參數(shù)的設(shè)計(jì)原則

　　當(dāng)絲杠上有橫向振動(dòng)力Fejwt作用時(shí)，將產(chǎn)生橫向的彎曲振動(dòng)。設(shè)置浮動(dòng)支承的目的就是為了減小或抑制Fejwt的作用。當(dāng)絲杠直徑確定后，浮動(dòng)支承的徑向尺寸也就限定了。為了盡可能擴(kuò)大有效行程，浮動(dòng)支承的軸向尺寸要盡量緊湊。因此設(shè)計(jì)浮動(dòng)支承時(shí)應(yīng)注意以下原則: (1)浮動(dòng)支承的綜合抗彎剛度要高。浮動(dòng)支承的綜合抗彎剛度包括彈簧阻尼器的彈簧剛度、浮動(dòng)支承座的軸承剛度及絲杠軸端的抗彎剛度。注意不能因提高彈簧剛度而降低絲杠軸端的抗彎剛度。(2)選擇合適的阻尼套接觸狀態(tài)。彈簧阻尼器的阻尼主要來自阻尼套與浮動(dòng)支承座間的接觸阻尼，單位面積的接觸阻尼為

c=apnb(2)

　　式中:c為切向接觸阻尼：pn為接觸面的法向接觸壓力：a、b為與接觸面材料、加工方法、振動(dòng)頻率等有關(guān)的系數(shù)。一般來說，接觸壓力越大，阻尼越大。但接觸壓力大，摩擦磨損也大。因此在增大阻尼的同時(shí)，不能使阻尼套摩擦磨損過大或卡死。

　　5 結(jié)束語

　　本文給出了一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)用絲杠浮動(dòng)支承的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)時(shí)須根據(jù)具體設(shè)計(jì)條件(結(jié)構(gòu)尺寸的限制、振動(dòng)力的大小、結(jié)構(gòu)本身的抗彎剛度等)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。為了提高阻尼抑振的效果，可設(shè)計(jì)不同材料和結(jié)構(gòu)形式的阻尼套。