買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 目錄 第 1 章 前言 1 第 2 章 機床振動問題的分析 3 2 1 機床減振問題的提出 3 2 2 機床振動產生的原因及減振問題 3 2 2 1 機床振動產生的原因 4 2 2 2 機床減振問題的討論 5 2 3 本課題的提出 7 第 3 章 銑床模型機的設計 9 3 1 銑床的介紹 9 3 2 模型機的設計 10 3 2 1 模型機的總體結構設計 10 3 2 2 模型機的內部選型 11 第 4 章 固有頻率的測定 13 4 1 固有頻率測定方法 的介紹 13 4 1 1 測定固有頻率的意義 13 4 1 2 儀器介紹 13 4 2 用正弦激勵法測固有頻率 16 4 3 用脈沖激勵法測固有頻率 18 第 5 章 模型機的減振試驗研究 19 5 1 正交試驗原理 19 5 1 1 正交試驗原理介紹 19 5 1 2 正交表安排試驗步驟 20 5 2 試驗方案的選擇及試驗結果 21 5 2 1 鋼球減振試驗 21 5 2 2 沙子減振試驗 29 5 2 3 結論 31 第 6 章 機床動態性能的研究及趨勢展望 33 第 2 頁 共 40 頁 總結 36 參考文獻 37 致謝 38 附圖 39 臥式銑床主軸懸臂梁系統振動減振問題的模擬實驗研究 摘要 機床工作時產生振動，不僅會影響機床的動態精度和被加工零件的質量 ，而 且還要降低生產效率和刀具的耐用度。隨著科學技術的飛躍發展，對機器零件的制造精度和表面質量提出了更高的要求，從而機床振動問題的研究成為研制、生產和使用機床部門必須面對的重大課題。本文 主要是針對臥式銑床的振動及減振問題的研究。首先，參照 計了一臺用于減振試驗的銑床模型機。其中，盛放不同規格鋼球的減振槽相當于一個阻尼消振器，利用鋼球之間及其與槽壁之間的碰撞摩擦，消耗銑床模型機的振動能量，以達到減振的目的。其次，利用正弦信號激勵的方法測試尋找了模型機的各階主要頻率，并分析了其結構的固有特性。最后，利用正交表安排了五組鋼球減振實驗以及一組沙子減振實驗。六組實驗的數據對比及結果分析從一定程度上說明了利用鋼球減振的可實施性。 關鍵詞 ：振動減振，主軸懸臂梁系統，模擬實驗研究，固有頻率 ，鋼球減振 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 he it of of It a to of a to 4 頁 共 40 頁 is on of On I a be to 62W a we to as a of be of as as a of 文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 第 1章 前言 機床工作時產生振動，不僅會影響機床的動態精度和被加工零件的質量 ，而且還要降低生產效率和刀具的耐用度。振動劇烈時甚至會降低機床的使用性能，不僅如此，伴隨振動所產生的噪聲可能刺激操作工人，引起疲倦，導致工作效率下降。故振動問題必須引起我們足夠的重視。 隨著科學技術的飛躍發展，對機器零件的制造精度和表面質量提出了更高的要求，從而機床振動 問題的研究成為研制、生產和使用機床部門必須面對的重大課題。研究機床振動的目的，在于探究機床振動發生的原因，謀求防止和消除機床振動的方法，以及研制抗振性更佳的機床。 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 本文對機床的振動危害及減振方法做了一定的討論及研究。機床的減振方法從理論上來說，一般有四種途徑： 1、 減少激振力 P。 2、增大系統的阻尼 。 3、增大系統中的剛度 K。 4、提高系統的固有頻率n或改變激振頻率 ，以使兩者遠離。本文主要是對臥式銑床的振動減振系統的實驗特性的研究，由于銑床的外部環境及本身構造在其的研究中可看做是不可改變的因素，所以可以實現的減振方法只有 附加諧振系統在振動結構上用以抵消原振動，以達到減振的目的。 故本文主要討論的減振方法屬于阻尼消振的一種，即安裝減振器或類似結構以抵消臥式銑床懸臂梁本身的振動，以達到減振的目的。 本文的研究主要可以分為以下三個部分： 首先，參照 銑床，設計了一臺用于減振試驗的銑床模型機。銑床模型機模擬了銑床的主要結構，包括底座、立柱、刀軸等，并根據需要添加 了減振槽、掛架及相當于偏心輪的模擬銑刀等結構。盛放不同規格鋼球的減振槽相當于一個阻尼消振器，利用鋼球之間及其與槽壁之間的碰撞摩擦，消耗銑床模型機的振動能量，以達到減振的目的。 其次，是對模型機固有頻率的測定。這是試驗最基本和首要的一步，用以作為標準衡量之后減振試驗效果的好壞。本文講述了三種模型機的激振方法： 1、穩態正弦激勵法：穩態正弦激勵又稱簡諧激振，它是通過激振設備對被測試對象施加頻率可控的簡諧激振力，常用的激振設備是頻帶寬、波形好的電磁激振系統，由掃描信號發生器，功率放大器和激振器組成。 2、脈沖激勵法 ：脈沖激振是用一把裝有力傳感器的錘子（又叫脈沖錘）敲擊試件，它對試件的作用力為近似正弦波，其有效頻率范圍決定于脈沖持續時間，錘頭墊愈硬越小，則頻率范圍愈大。使用適當的錘頭墊材料可以得到要求的頻帶寬度，改變錘頭配重塊的質量和敲擊加速度可調節激振力的大小。 3、施加偏心激振力法：在模型機設計中，在模擬銑刀上設計了一通孔，使模擬刀具相當于一偏心輪，在高速旋轉的狀態下，即對系統產生一離心激振力，對調頻電動機轉速進行調節可改變激振力的大小。在本次試驗中，主要是利用正弦激勵法測定了模型機的固有頻率，由于時間和第 6 頁 共 40 頁 條件限制 ，脈沖法只做了一組用于對比，最后一種方法僅作為設想來介紹。 最后，減振試驗由于是多因素，多水平試驗，要得到全面準確的試驗結果，工作量十分大。故 采用了科學的正交試驗方案， 既 減少了試驗次數，又可得出全面的結論。 正交設計（ 稱正交設計（ ,它是利用規格化的正交表（ ，科學的安排與分析多因素試驗的方法，使目前最常用的方法之一。正交表是指利用“均衡搭配”與“整齊可比”這兩條基本原理，從大量的全面實驗方案中，挑選出少量具有代表性的實 驗點，所制成的排列整齊的規格化表格。 在本次的實驗中，安排了五組鋼球減振實驗以及一組沙子的減振實驗。其中，鋼球減振的前四組分別是根據鋼球排列層數（包括兩層及三層）、重量及規格設計的正交試驗方案，第五組是一組為更好得到鋼球大小和槽數對實驗結果影響的對比而做的全面試驗。另外，為對比鋼球及其他材料的減振效果，還做了一組根據沙子重量設計的正交試驗。六組實驗的數據對比及結果分析從一定程度上說明了利用鋼球減振的可能性。 在對振動問題的研究分析之外，本文也對現今國內外機床動態性能的研究作了一定的介紹，并指出了未來的研究趨 勢。 在本文的撰寫過程中，參考了大量有關機床振動、動力學及沖擊測試、試驗模態分析等的有關書籍，并且得到了指導老師及同學的幫助。但由于時間及條件限制，可能存在一些不足之處，希望評閱老師指出并原諒。 第 2 章 機床振動問題的分析 2 1 機床減振問題的提出 機床工作時產生振動，不僅會影響機床的動態精度和被加工零件的質量 ，而且還要降低生產效率和刀具的耐用度。振動劇烈時甚至會降低機床的使用性能，不僅如此，伴隨振動所產生的噪聲可能刺激操作工人，引起疲倦，導致工作效率下降。故振動問題必須引起我們足夠的重視。 當開動機床進行加工時，由于機床各運動部分彼此發生一定規律的相對運動，因而其摩擦表面上必然有摩擦力作用著。機床 迴 轉部分不平衡等買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 因素必將使 迴 轉系統受到離心力的作用。切削過程中刀具切入工件去除金屬層，將會使整個機床系統受到切削力作用。這些作用力并非保持常值，有的是周期性變化的，有的可能同系統某些元件的剛度軸線有一定的方位關系等。這些力在某些條件下會起一定的激振作用，從而使整個機床系統或其零部件發生各種類型的振動。機床振動一般分為三大類： 1、自由振動2、受迫振動 3、自激振動。 銑床的振動主要與切削過程有關，它包括 由于銑刀齒間斷切削和切削截面積變化所引起的受迫振動，以及由于切削力的變化所激發的顫振，從抗振角度來看，銑床是在繁重的條件下工作的，這是由于： 1、切削力的變化較大。 2、切除薄而寬的切屑，特別是用圓柱銑刀銑平面時。 3、在使用最普遍的升降臺銑床上，工作臺必須按三個互相垂直的方向相對于主軸移動，這樣就影響到銑床的剛度。 綜上所述，機床振動是必須引起注意的一個重要的問題。隨著科學技術的飛躍發展，對機器零件的制造精度和表面質量提出了更高的要求，從而使機床振動問題的研究成為研制、生產和使用機床部門必須面對的重大課題。研究 機床振動的目的，在于探究機床振動發生的原因，謀求防止和消除機床振動的方法，以及研制抗振性更佳的機床。 本文主要是針對臥式銑床的振動及減振問題的研究。 2 2 機床振動產生的原因及減振方法 2 2 1 機床振動產生的原因 機床振動按產生的原因一般分為：自由振動、受迫振動、自激振動。一般來說，我們主要是研究受迫振動及自激振動的產生原因，并尋找減少及消除這兩種振動的方法。 1、自由振動：自由振動是指當系統的平衡被破壞，只靠其彈性恢復力來維持的振動。振動系統作自由振動時的頻率就是系統的固有頻率。 2、受迫振動 ：受迫振動是指在外激振力擾動下激發的振動。例如在車床，銑床和磨床上，常見到迴轉主軸系統的受迫振動，其頻率取決于迴轉第 8 頁 共 40 頁 主軸系統的轉速。發生受迫振動的原因是多種多樣的，主要振源有以下這些： （ 1）地基引起的機床振動。一般說來，如果不把機床與地基的振動隔絕起來，那么要在機床上加工出精度和表面光潔度很高的零件是不可能的。地基振動程度的大小取決于兩個因素，一是由附近設備和通道運輸引起的振動強度，二是土壤，樓板和建筑承載結構的諧振特性。地基的固有振動頻率常在由上述設備產生的激振力的頻率范圍內。 （ 2）高速迴轉的機床不平衡 部件和工件引起的振動。當機床的迴轉運動裝置工作時，最強烈的受迫振動就是不平衡部件高速迴轉時所產生的激振力。例如電機的轉子、主軸部件，裝刀具的不平衡的刀杠。由此引起的受迫振動的頻率，大致是這些部件每秒鐘相應的轉速。當用迴轉刀具工作時，例如在坐標鏜床或金剛鏜床上，強烈的振源來自刀具系統主軸部件的不平衡度。 （ 3）機床傳動機構的缺陷所引起的振動。制造不精確或安裝不良的齒輪會產生周期性的力而傳動到機床迴轉或移動部件上，并在一定條件下可能成為受迫振動的振源。皮帶傳動中皮帶的接頭，三角皮帶制造上的缺陷，軸承滾動體的不均 勻等都會引起受迫振動。 （ 4）切削過程的間歇特性引起的振動。在許多情況下，加工方法本身導致切削力的周期性變化，這種變化是由于刀齒間歇地依次工作所引起的。在銑削加工時，一個周期性變化的切削力作用在銑刀上，在間歇切削時這個力的峰值是很高的，從而使銑床主軸系統承受更大的負荷。從動力學的觀點來看，如果銑床使用不同刀齒數的銑刀，就一定會碰到各種可能的頻率，當切削力的某些頻率接近傳動系統的某些扭轉振動的固有頻率時，會有一些危險。 （ 5）往復運動的機床部件的慣性力所引起的振動。具有往復運動部件的機床中，最強烈的振源就是部 件改變運動方向時所產生的慣性力。 3、自激振動：自激振動是指 機械系統由于外部能量與系統運動相耦合，（即系統的非振蕩性能源通過反饋裝置）形成振蕩激勵所產生的振動，當買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 振動停止，振蕩激勵隨之消失。振動頻率接近于系統固有頻率。此外，還有機床工作臺等移動部件在低速運行時所發生的張弛摩擦自激振動（俗稱爬行）。 在自激振動中，把金屬切削過程中表現為刀具與工件之間強烈相對振動的一種稱為“顫振”。機床顫振一般分為兩類：第一類顫振出現于未經切削加工的毛胚表面。當第一次切削毛胚時在加工表面留下波紋（振紋）。這種顫振稱為“初生顫振 ”。第二類顫振是在經過一次切削加工并留有振紋的工件表面進行第二次切削加工時形成的。 發生自激振動的原因，主要有以下這些： （ 1）切削過程中，由于存在欠阻尼特性而引起初生顫振。 （ 2）前一次在工件表面產生的振紋，將使第二次走刀的切削深度發生周期性的變化，從而產生交變力而加強顫振。 （ 3）由于機床結構本身特性所引起的機床顫振。 2 2 2 減振方法的討論 一般說來，許多彈性振動部件系統都可背簡化成單自由度振動系統，其振幅的一般表示為： 2222114 （ 式中 :A 振幅。 P 激振力。 K 系統剛度。 n 固有頻率。 激振頻率。 阻尼。 由上可知，為了減少機床振動時的振幅 A，一般說來可以通過四個途徑： 1、 減少激振力 P 2、增大系統的阻尼 第 10 頁 共 40 頁 3、增大系統中的剛度 K 4、提高系統的固有頻率n或改變激振頻率 ，以使兩者遠離 目前機床減振主要方法由如下幾方面： 1、 消除機床受迫振動的方法。在確定引起機床振動的振源后，一般可 采取下述措施： （ 1）減少外激振力。 （ 2）改變振源頻率。在選擇轉速時，使可能引起受迫振動的振源的頻率離機床主軸等部件的固有頻率遠一些，即要符合下列要求： 0 . 2 5 0 . 3（ 式中： 機床主軸等部件的固有振動頻率 ( f 外激振力的頻率 ( （ 3）采取隔振措施。主要分為兩種，一是積極隔振，即阻止振動由振 源傳到地基而外傳。二是消極隔振，阻止由地基傳來的振動進入機床。目前隔振材料主要是橡皮、金屬彈簧、軟木等。 （ 4）減少慣性力。采用平穩的換向機構，保證換向機構沒有間隙，用 焊接的鋼板結構或輕合金制造的結構，以減輕往復移動或擺動的構件的重量。 2、設計 機床時提高機床的抗振性。機床設計過程中要解決的問題，提高其抗振性只是其中一方面，但在精密機床和重型機床的設計中，這方面的考慮也是十分必要的。從總的原則來看，機床結構要力求剛度高，重量輕，阻尼好。提高機床抗振性的途徑主要有以下幾方面： （ 1）提高機床系統的剛度。在機床中直接影響抗振性能的因素主要是 在切削力傳遞的循環路線中最薄弱的環節剛度，對于一種類型的機床可以通過試驗測量切削力傳遞循環路線的靜撓度和動撓度曲線中斜率發生突變的區域來找這些薄弱環節。 （ 2）增大系統的阻尼。在機械系統中，阻尼力雖小，但對系統運動 特 性影響最大。阻尼是決定機床發生受迫振動或顫振振幅大小的主要因買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 素之一，增大機床結構阻尼是提高機床抗振性的一個極其有效的措施。 （ 3）調整系統的固有頻率。調整系統的固有頻率n，使其遠離激振頻率 ，對提高系統的抗振性是比較有效的。在實踐中，改變機床某些可移動部件的相互位置，調整軸承的間隙等，在一定程度上都能起到調整系統固有頻率的作用。 3、設計減振器。在通過調整機床本身的方法不能有效的消除機床已發生的振動時 ，就只能采用附加的專用裝置 減振器，以吸收或耗散激振的能量。減振器按工作原理分為兩類 , 一是吸振器 靠吸收激振能量來達到減振目的。二是阻尼器 靠阻尼作用來耗散激振能量，通常也稱為消振器。 2 3 本課題的提出 由于振動問題的研究在科研及生產中的重要作用，故在對其的理論研究之外，需要更深一步的通過模擬試驗研究，將理論分析上升到實踐中。本文主要是對臥式銑床懸臂梁系統振動減振問題的模擬實驗研究，在對振動及減振問題做了一番討論之后，發現通常增加系統的剛度是有限的，減輕主振系統的質量又涉及到剛度，往往會使其 剛度受到影響，而且對已制造好成型的機床來說，剛度和質量為確定值，必須重新改造，經濟上來說是一種浪費，所以具體可以實現的減振方法只有附加諧振系統在振動結構上用以抵消原振動，以達到減振的目的。 在本次設計中，主要采用鋼球減振，鋼球減振的原理應該屬于動態吸振的方式。該方式的工作原理是：以一個電子或機械的諧振系統附加在振動結構上去抵消原振動，從而達到減振的目的。鋼球是附加的系統，振源的振動通過機床與鋼球的接觸傳遞給鋼球，引起鋼球振動，吸收了振源振動的能量，從而達到減小振動振幅的目的。根據這一原理知道為了增大減振效果 應該增大附加系統阻尼，并且使附加系統在機床工作頻率內不發生共振，即使附加系統共振頻率遠離機床共振頻率。具體在鋼球上就應該使每一個鋼球的共振頻率都不一樣，并且兩兩之間的共振頻率相隔越大越好，為此，可以使鋼球的直徑范圍大一些，種類多一些，材料上，可以選擇密第 12 頁 共 40 頁 度大一些的材料，并且可以不采用一種而是采用多種材料混用的方式來提高減振效果，例如，沙子及其他材料 。 本次的模擬試驗主要是以參照 用正交表安排減振槽中鋼球的不同排放方式，以尋求最佳的減振效果。 第 3 章 銑床模型機的設計 3 1 床的介紹 參照左圖， 銑床的構造介紹如下： 床身 ：床身為機床的主體，用來支買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 持和連接機床其他的部件。床身前臂有燕尾形垂直導軌，升降臺可沿此導軌上下升降。床身頂部是水平導軌，橫梁沿此導軌來回移動。床身后面有電動機。床身內部有齒輪變速結構。通過床身外面變速操縱機構，使主軸獲得 18 種轉速。 橫梁 ：橫梁用來支承刀軸。橫梁在床身頂部的水平導軌上移動，可以 圖 3銑床外觀圖 根據需要調整橫梁伸出的長度，它的端部 可安裝支承架。 支承架 ：支承架懸掛在橫梁上，用來支承刀軸，以免在銑削時刀軸發生振動和彎曲。 升降臺 ：升降臺用來支承工作臺，并帶動它沿著床身垂直導軌上下移動。升降臺安裝有進給電動機，進給變速箱和進給傳動機構等一套完整的進給系統。 進給變速箱 ：進給變速箱主要用來改變工作臺和升降的進給速度。 縱向工作臺 ：縱向工作臺用來安裝虎鉗、分度頭、圓形工作臺及各種夾具、工件帶動工作臺作縱向進給，為安裝限位擋鐵，在縱向工作臺一側有一條 橫向工作臺 ：橫向 工作臺在升降工作臺的上面。用來帶動縱向工作臺作橫向移動。 轉臺 ：轉臺是區別萬能臥式銑床與普通臥式銑床的標志，它在橫向工作臺和縱向工作臺之間，可使縱向工作臺反轉 45。 刀軸 ：刀軸也稱為刀桿。用刀軸來安裝銑刀，它的一端為錐柄，緊固在主軸錐孔中，另一端由橫梁上懸掛的支承架支承。 主軸 ：主軸用來安裝、緊固銑刀軸并帶動銑刀旋轉，它與主軸變速機構、主電機一起組成銑床的主傳動系統。 主軸變速箱 ：主軸變速箱里的齒輪用來帶動主軸旋轉和改變主軸轉速。 底座 ：底座用來盛冷卻潤滑液，支承床身并承受機床全部重量。 3 2 模型機 的設計 第 14 頁 共 40 頁 3 2 1 模型機總體結構設計 圖 3銑床模型機外觀圖 參照 計銑床模型機外形如上圖： 為了提高機床的抗振性，采取了以焊接方式做成的模型機結構，焊接床身由于焊縫能耗散能量，比一般設計的鑄鐵床身（它僅靠材料內摩擦的阻尼性能）具有較好的阻尼性能，而增大機床的機構阻尼是提高機床抗振性的一個極其有效的措施，用薄鋼板加筋的焊接結構，比一般鑄鐵床身剛度大，重量輕，從而提高了床身的固有頻率，改善了抗振性能。 模型機的外 部結構主要由減振槽、立柱、底座、掛架幾部分組成。總體尺寸滿足 長 695，寬 200，高 450要求。 減振槽是模型機中重要的部分，與立柱、掛架連接，是由鋼板焊接成的三個開口槽，在減振實驗中用以盛放相當于諧振系統的鋼球，減振槽的懸臂端是模型機柔性最大的地方，用以安裝激振器、加速度傳感器及力傳感器。掛架以 以安裝軸承。立柱以 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 座連接，起支承作用。底座外觀如圖 3在其中加有橫向加強板。 減振槽、立柱、底座的具體尺寸見零件圖，均采取 板焊接而成，并且立柱孔與掛架孔滿足同軸度要求。 3 2 2 模型機內部結構選型 參考 軸直徑有 22、 27、 32 模型設計中考慮到強度要求，選取 27結構見零件圖。 軸承采用深溝球軸承，一端用軸用彈性擋圈及孔用彈性擋圈分別固定軸承內外圈，另一端只由軸用彈性擋圈固定軸承內圈，采用這種一端固定方式，當軸受熱后可以向另一端伸長，不會產生熱應力。參考機械設計手冊選擇深溝球軸承代號 6304，外形尺寸摘自 276用及孔用彈性擋圈外型尺寸摘自 料采用 65處理硬度為4754. 有防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電機內部之特點。 作環境溫度不超過 +400 C，相對溫度不超過 95%，海拔高度不超過 1000m，額定電壓380V，頻率 50模型機振動實驗為空運轉實驗，故采用小功率電動機。據機械設計手冊 錄，選擇 電動機 ,載轉速 1390 同步轉速 1500 質量 17擇機座不帶底腳，端蓋有凸緣型電動機。 聯軸器采用套筒聯軸器，材料為 45 鋼，采用 6 6的普通平鍵與軸連接。 在連軸器與掛架之間軸上 ,設計了一阻尼動力吸振器，它采用微孔橡皮襯墊以達到吸振減振目的，這種吸振器利用橡皮襯墊做彈性元件，有附加阻尼作用，因而能消除頻率范圍稍寬的振動。但由于實驗設備有限，此設計結構僅做為設想出現在裝配圖中，實驗模型機上并沒有采用。 刀具外形參照直 面三面刃銑刀，采用 8 7 的普通平鍵連接，軸向由軸肩及套筒固定，具體尺寸見裝配及零件圖。刀具上鉆一孔，在空運轉中實驗中起偏心力作用，導致離心振動，但具體實驗中由于時間及儀器問題，只詳細做了穩態正弦激振實驗，并未采用此方法激振。 第 16 頁 共 40 頁 第 4 章 固有頻率的測定 4 1 固有頻率的測定 4 1 1 測定固有頻率的意義 機床是由許多零件所組成的多自由度系統。每一自由度對應有一固有頻率，機床強迫振動的共振頻率與系統無阻尼固有頻率是很接近的 。在機床振動試驗中，通常都是以共振峰值所對應的頻率值作為各個自由度的固 有頻率。對于自由振動來說，系統受到一次擾動，所獲得的動能為 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 電動式激振器 2202202 2)(2121 (式中 :A 最大振幅。 0f 固有頻率。 v 振動速度。 當外來擾動的能量一定時， f 和 A 成反比，所以0幅 A 就減少。因此，提高固有頻率后，可成比例的減少系 統的自由振動。對于強迫振動來說，干擾頻率和部件的固有頻率接近時，系統產生共振，振幅迅速增大。因此，應該使干擾頻率遠離系統固有頻率，對于固有頻率的高低是無關緊要的。對于切削振動，若能使系統各自由度合理安排，則刀具和工件之間的相對振動便會減小。在一般情況下，提高整個彈性系統的薄弱環節的固有頻率，原則上可以提高系統的抗振性。 因此，對固有頻率的測定是研究振動過程中基礎的一步。測試設備包括下面幾項： 1、激振設備：激振設備可輸出激振力，用以激起結構的振動。最常用的激振設備是電動激振系統。 2、測量設備：測量設備由力傳感 器，加速度傳感器，電荷放大器等組成，最常用的力傳感器和加速度傳感器是壓電晶體式的。 3、分析設備。 4、記錄設備。 4 1 2 試驗儀器介紹 在本次試驗中采用的測試設備介紹如下： 首先，因為是小型的模型機，故采用電動式激振器，如右圖 所示。它由彈簧殼體磁鋼頂桿磁極板鐵芯和驅動線圈等元件組成。驅動線圈和頂桿相固連，并由彈簧支撐在殼體上，使驅動線圈正好位于磁極所形成的高磁通密度的氣隙中。當驅動線圈有交變電流通過時，線圈受電動力的作用，力通過頂桿傳給試件，即為所需的激振力。 第 18 頁 共 40 頁 其次，測量設備包括以下幾種： （ 1） 壓電式力傳感器：壓電式 圖 4電動式激振器 力傳感器具有頻率范圍寬，體積小和動態范圍大等優點，在頻響函數測量中被廣泛應用。工作時將它安裝在被測物體受力點上，激振力通過它的晶體壓電元件傳遞到物體上。壓電元件受壓力時則產生電荷，且電荷與所受壓力成正比。一般都在壓電片上通過預壓彈簧施加以預壓力。因此，它可以測拉、壓兩個方向的力。其輻值電荷靈敏度定義為輸出電荷輻值 Q 與所受力輻值 （ 2）加速度傳感器：在進行模態分析試驗的響應測量時，目前用的最多的還是壓電加速度計。它具有重量輕，體積小， 頻響寬，靈敏度高的特點。某些晶體（如天然石英晶體或人工極化陶瓷等）在承受一定方向的外力產生變形時，其晶面或極化面上會產生電荷，即所謂的正壓電效應。壓電加速度計正是利用這種正壓電效應制成的機電換能器。當它承受機械振動時，在它的輸出端能產生與所承受的加速度成比例的電壓或電荷量。目前常用的有壓縮型和剪切型壓電加速度計。 （ 3）電荷放大器：與壓電式傳感器最典型的配置線路是電荷放大器的輸入與傳感器的輸出相連。電荷放大器基本上是一個具有反饋電容 （ 4）阻 抗傳感器：為測量原點導納，目前常采用壓電晶體機械阻抗傳感器，或稱阻抗頭，它把力傳感器和加速度傳感器做成一體，可測出同一點的激振力和響應。這種結構應確保上端的加速度計有盡可能高的基座剛度及力端壓電元件下面的質量應盡量小。 再次，分析設備采用 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 圖 43562A 動態信號分析儀是一種雙通道系統、頻譜、波形分析儀。有時域和頻域兩方面的分析能力，它具有 10050測量范圍和 80動態分析范圍，因此，在機械、機電一體化控制系統中有著強大的分析解決問題的能力。 析儀的精密度和多功能性提出了一個新的標準。充分完整的測量和分析能力結合突出的特性使 測量、分析、設計電子機械和機械系統方面成為一個無價的工具。 基本操作是通過邏輯上面板按鍵群和面板顯示器右邊一組八個“軟鍵”按鍵來執行的。面板上的按鍵是通過功能分類的而且可以執行三分之一的操作：能夠直接操作例如開始測量、輸入數據或是顯示一 個“軟鍵”按鍵菜單。“軟鍵”按鍵也可以執行三分之一的功能：選擇“ 1 ”功能例如測量模式，定義一個數據入口參數例如頻率間隔和終止適當單位入口，如“ 是“ 4 2 穩態正弦激勵法測固有頻率 利用激振器對機床或其模型，在一定的部位上施加模擬的切削力進行交變加載，激起實驗對象的受迫振動，并進行振動測量，從而確定機床或其模型的動態特性，這就是激振試驗。激振方式分為絕對激振和相對激振兩種。其中，絕對激振是指激振器懸掛于一個獨立機架上對機床一個部件進行激振，相對激振則是指激振器安裝在機床的一個 部件上而對另一個部件進行激振。在此次的正弦激勵試驗中，采用絕對激振方式。絕對激振中，激振器一般由軟彈簧懸掛，為此，要求彈簧在 20300赫茲激勵頻率范圍內均能在空間保持穩定，因而彈簧的固有頻率必須很低，例如固有頻率為 2赫茲的彈簧處于 20 赫茲激振頻率下時其振幅極小，好象起了剛性支承的作用。因此，在本次試驗中，采用相當于固有頻率比較低的軟彈簧效果的軟第 20 頁 共 40 頁 橡膠繩懸掛激振器，并且，在對工件激振時注意到以下幾點： 1、激振力施加在了模型機全長上最大柔性的位置（即懸臂梁系統懸臂端）。 2、垂直方向激振在工件下方進行，用了一柔性 較好的橡皮襯墊。 3、盡管實際切削時現在激振是在工件軸心方向。 穩態正弦激勵又稱簡諧激振，它是通過激振設備對被測試對象施加頻率可控的簡諧激振力。常用的激振設備是頻帶寬，波形好的電磁激振系統，由掃頻信號發生器、功率放大器和激振器組成。簡偕激振是要在穩態下測定響應和正弦力的幅值比與相位差，幅值比為該激振頻率時的幅值特性值，相位差為該激振頻率時的相頻特性值。為了測得整個頻率范圍內的頻率響應，必須無級或有 級地改變正弦激振力的頻率，這一過程稱為頻率掃描或掃描過程。在掃描過程中，必須采用足夠緩慢的掃描速度，以保證測試，分析設備有足夠的響應時間和被激對象能夠處于穩態振動狀態。對于激振力幅值，可進行恒力控制。其方法是采用高阻抗輸出的功率放大器。通過恒定的輸出電流來實現恒力，或通過力的反饋對激振信號進行“壓縮”控制，實現恒力。 穩態正弦激勵測試的步驟是： （ 1）、在選定的坐標位置，對試件施加激振力。 （ 2）、在選定的坐標位置，測量試件的振動響應。 （ 3）、分析力信號和響應信號，求得機械阻抗的各種數據。 （ 4）、輸出、 記錄所需的數據。 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 本次試驗中主要是采用這種方法測定固有頻率，實驗儀器及接法如下圖： 圖 4穩態正弦激勵法測固有頻率儀器及連接 實驗中數據采集頻率取 1是因為銑床的工作轉速最高只能達到 3000 轉 /分，固有頻率肯定存在于 1內，故在測定固有頻率時只需要在這個范圍內測量就可以了。經過若干次的重復實驗，發現測試的重復性較好，測出的模型機固有頻率主要有五階，大致是在 繪圖儀繪制 幅頻特性圖，見附圖 1。 4 3 脈沖錘激振法測固有頻率 第 22 頁 共 40 頁 脈沖錘是一種產生瞬態激勵力的激振器，它由錘體、手柄和可以調換的錘頭和配重組成，通常在錘體和錘頭之間裝有一個力傳感器，以測量被測系統所受錘擊力的大小。 一般來說 ， 錘擊力的大小是由錘擊質量和錘擊被測系統時的運動速度決定的 。 激勵的頻率范圍主要由接觸表面剛度決定，錘頭的材料越硬則脈沖的持續時間越短，上限額率了能調整激勵頻率范圍，通常使用一套不同材料的錘頭。 當用脈沖錘進行沖擊激勵時，它相當于 對被測系統施加了一個半正弦波的力脈沖，如圖 (a)所示。該類脈沖的頻譜如圖 (b)所示，在小于上限頻率沖的頻譜基本上是平坦的，般來說，錘頭的材料越硬則脈沖的持續時間越短，上限額率 (a) 時間響應 （ b） 頻率 圖 4脈沖激勵圖 在測量固有頻率的過程中，我主要是運 用穩態正弦激勵法測定了模型機的固有頻率，這是因為用脈沖錘測量時， 錘擊力的大小是由錘擊質量和錘擊被測系統時的運動速度決定的 ，這里面人的因素占很大比例，需要一定的經驗及力度，且重復性差，保證不了測試的精確度。故在本次實驗中， 脈沖激振法僅僅作為對比，以下的減振實驗中，均采用穩態正弦激勵法測試。用繪圖儀繪制脈沖激振幅頻特性圖，見附圖 2。 第 5章 模型機的減振試驗研究 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優秀畢設 資料完整 答辯通過 5 1 正交實驗原理 5 1 1 正交實驗原理介紹 對多因素問題進行試驗時，若對各因素不同的組合水平進行全面試驗，工作量的一般是很大的。例 如四因素 3水平做 43 =81次試驗，六因素 5水平要做 65 =15625次試驗。因此要減少試驗次數，又要得出全面的結論，這就需要用科學 的方法進行合理的安排，即對試驗方案進行設計。 用正交表進行試驗設計是目前應用較廣的一種方法。 正交表是指利用“均衡搭配”與“整齊可比”這兩條基本原理，從大量的全面實驗方案中，挑選出少量具有代表性的實驗點，所制成的排列整齊的規格化表格。 因為正交表具有搭配均衡的特點，對正交表各列不同水平，從行的角度看去 是一個“完全”的 搭配，即做到了第 各個水平至少搭配一 次且每兩個水平搭配次數一樣，均衡公平。因此將試驗中各因素對應于正交表的 列，則正交表的行便是因素各水平組合中搭配均衡的一部分，可以看成是所有 組合水平中均衡抽樣的樣本。若按行所對應的各個組合水平進行試驗，便能減少試驗次數，達到因素之間的均衡，同時提供比較豐富的試驗信息，得到較好的組 合水平。 在試驗中，正交表記號 的含義如下： 正交表基本上可分為兩種形式，同水平正交表和混合水平正交表。同水平正交表是指各個因素的水平數相等的表格，當人們認為各個因素對結果的影響程度大致相同時，往往選用同水平正交表。混合水平正交表，是指諸因素的水平數不完全相等的正交表。當實驗設計時，如感到某些因素 正 交 表 最多可安排的因素個數（表中列數） 因 素 水 平 數（ 表 中 字 碼 數 ） 試驗數（表中行數） L n ( t m) 第 24 頁 共 40 頁 更重要而希望對其仔細考察時，就可將其取多一些水平，這樣既突出了重點，又照顧了一般。 正交表有下面兩條重要性質： （ 1） 每列中不同數字出現的次數是相等的。 （ 2） 在任意兩列中，將同一行的兩個數字看成有序對時，每種數對出現的次數是相等的。 這兩個性質合成為“正交性”，使實驗 點在實驗范圍內排列整齊，規律，也使實驗點在試驗的范圍內散布均勻，既“整齊可比，均勻分散”。 因此，在進行本次的減振試驗中，由于對鋼球及其他減振材料作多因素不同水平的全面試驗，試驗次數繁多，故采用科學的正交試驗方法安排實驗步驟。 5 1 2 正交表安排