浅析高速纺纱锭子振动特性

尚会超 翁玉东 王成银

摘 要：锭子是纺织机械重要的纺纱专件，锭子的优劣不仅与能源消耗、环境噪音紧密相关，而且严重影响人的心理健康和生理健康，因此研究锭子振动特性可以有效改善产业工人的劳动环境和提高生产效率。

关键词：锭子；回转轴；振动

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.189

1 前言

随着经济和科技的发展，我国已经成为世界第一大纺织成品生产国，大约占世界总产量的60%，但是我国的纺织装备在可靠性和效率方面与西方国家仍有很大差距。经过世界各国的努力，由之前的刚性锭子到现在的弹性锭子，锭子的结构已经有了很大的改善，并且大幅度提高了锭子的纺纱速度。

2 锭子的结构

纺纱锭子的主要作用是加拈卷绕，是以两点支承的细长回转体。根据纺纱原料和品种的不同、工艺的发展，目前锭子主要分为粗纱锭子和细纱锭子。细纱锭子主要由锭杆、锭胆、轴承等组成。

纺织机械制造加工正向着高速度、高效率、高精度的方向发展，对锭子各部件的加工工艺提出了更高的标准。锭杆作为锭子的主要工作部位，对其硬度、平面度有很高的要求，因此用和轴承相同的钢材，首先车削成细长杆坯料，再经过热处理后磨削成形。锭杆的中部为了避免磨损，需要有较高的磨削精度。由于支承筒管在锭杆的上部，所以锭杆要尽可能得笔直，且有韧性[1]。锭盘紧套于锭杆的中部，作为锭子的传动件，由锭带传动，上轴承置于锭盘中，能有效防止尘埃浸入轴承。锭脚不仅是锭子的支座，而且还有储存润滑油的作用。锭钩用以挡住锭盘，防止锭杆、锭盘在拔筒管时产生剧烈窜动。

3 锭子的振动特性

纺纱锭子作为一种专用特殊的回转体，在理想的情况下，锭子无论是静态还是动态，对轴承产生的压力应该是一样的。但实际工作中的锭子，由于毛坯材质缺陷、加工精度低及装配方法的问题，致使锭子高速运转时，锭子的离心力不能相互抵消，并且作用到其它零部件，在放大振幅的同时产生难以忍受的噪音，还有可能焼蚀轴承，缩短了锭子寿命。

锭子高速回转时会产生相对于筒管的上下跳动和不规则的摆头。锭子摆头即锭子的横向振动，是指锭子在水平方向上不规则的曲线运动。锭子的横向振动有不同的分类方法，按产生振动的原因可分为自由振动、受迫振动和自激振动。

自由振动是指在不需要外力的情况下，物体在振动系统按照其固有频率，做与振幅无关的阻尼运动。振动系统撤去初始条件后，不再受其它因素的影响而在其平衡位置附近振动，因此锭子自由振动是受到突然的外力作用而产生的振动，随着外界阻尼作用而逐渐消失。

强迫振动是指锭子在外来周期性力的持续作用下，产生了振动频率等于锭子自转转速的振动形式，振动系统发生的这种振动称为受迫振动，驱动力是指周期性的外力。在锭子高速旋转过程中，由于锭胆、锭杆材质不均匀及皮带轮等的不平衡，这些都会引起整个锭子的强迫振动，同时增加锭子各部件之间的相对振动幅值，一般情况下随锭速增大而增大[2]。锭子的强迫振动有以下四个特点：

（1）锭子作为回转体干扰力绝大部分来自各部件旋转时每个质点的偏心，但是干扰力一旦消除，振动停止，因此要尽可能找到振源，降低强迫振动的影响。

（2）强迫振动的频率与驱动力的频率相同，或者呈线性的函数关系。

（3）驱动力的频率和系统的固有频率接近时，容易产生共振。

（4）强迫振动的振幅与驱动力，系统的刚度及阻尼大小有关。驱动力越大、刚度及阻尼越小，则振幅越大，对高速运转中的锭子影响也就越大[3]。

自激振动和受迫振动一样也是在自然界和工程中最常见的一种振动形式，它是一种不衰减的振动，自激振动需要外界的激励，从不具备交变特性的能源中周期性地获得能量补充，振动的能源是恒定的，自激振动的产生机理却复杂得多，绝大部分是非线性系统[4]。自激振动的发生需要两个条件：第一，振动系统在平衡点附近的不稳定性；第二，需要外力的作用使系统偏离稳定点。第三，取决于振动系统在每一个振动周期内获得和消耗能量的对比。若获得能量大于消耗能量，则振幅会随之改变，若获得能量小于消耗能量，则自激振动不会产生。

锭子自激振动的能量是由系統本身产生或控制，自激振动频率低于强迫振动频率，并接近于第一临界转速频率。锭子的自激振动表现为锭子自转轴绕一中心的旋转。在高速时进动的方向与锭子的旋转的方向相同，在低速时则相反，自激振动复杂多变，因此是研究锭子振动的主要对象。

锭子各小段的质心不可能严格处于回转轴上，且接近于自由振动的固有频率时会出现横向干扰，即系统产生共振现象，此时系统会产生强烈的振动，这时的转速就是临界转速。临界转速的大小与锭子的结构、粗细、轴的支承方式等因素有关。锭子如果在临界转速下运行，会出现剧烈的振动，而且锭杆的倾斜程度明显增大，长时间运行还会造成锭杆根部的弯曲变形，因此要尽可能的避免锭子在临界速度附近工作，细纱锭子的工作转速介于第一、第二阶临界转速之间，在此区间的锭子由于强迫振动的急剧减少，从而改善了锭子的振动状况[5]。

4 结语

高速旋转的锭子的振动实质上是复合振动，既有强迫振动，又有自激振动，因此要从这两方面降低振动给锭子带来的影响。一方面从强迫振动考量，尽量减少回转件不平衡所引起的周期性变化的离心力，降低旋转部件运动方向改变时产生的惯性冲击。另一方面，从自激振动考量，选用适当的传动机构，保证机构内合理的传动间隙，保证足够合理的润滑，控制合适的动力速度。

参考文献：

[1]李军.锭子装配中锭杆与锭盘压配变形机理研究[D].中原工学院， 2011.

[2]李世春.刚度理论视域下薄壁零件加工工艺研究[J].煤矿机械， 2009（08）：121-123.

[3]裴艳梅.机械加工过程中的振动和防止方法[J]. 中小企业管理与科技（上旬刊），2008（11）：225.

[4]刘世良.切削加工中振动产生的原因及消减措施[J].硅谷， 2011（14）：166.

[5]陈延军.切削颤振系统动态特性分析[D].西北工业大学，2006.

作者简介：尚会超（1974-），男，博士，副教授，主要研究方向：机械电子。