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本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 編輯 1 @1 O9 y' A8 X
2 V1 c/ n$ E! E同行相互學習！
1 i$ C7 D" m0 \3 t/ a 4 ~7 Q& I7 F7 J$ d/ v1 @5 G4 C
對木工圓鋸片系統動剛度特性參數的試驗分析' I! o5 ?! O! o/ H
For woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic
! q1 x" l9 {; L; n* Rparameters of dynamic stifness& ~3 A3 [5 t8 g8 [( o( k1 u5 h
郝敬冬王正 韓江梁金輝 ’1 o+ z+ E4 K8 v4 h# q0 e2 b0 F
(南京林業大學木材工業學院南京210037). g% b0 V1 z0 F
摘要：基于滿足木工圓鋸片優化設計與應用，提高對木工圓鋸機及圓鋸片系統的動態特性檢測
) a5 A0 o+ R* @水平等需要。本文依據結構動力學原理，采用隨機激勵振動測量法，分別對自由懸掛和安裝在圓鋸機# r$ _: j2 }; }, L6 n1 W9 f1 u" a! h @
上兩種支撐方式的木工圓鋸片，進行其系統的動剛度特性參數進行測量。結論表明，圓鋸片系統動剛. v L( [/ z; V" d
度頻譜為一條隨頻率變化的曲線，且有多個峰值，每個峰值處動剛度值相對較大；某一系統的動剛度
: p7 y0 s4 E' V ]6 T* p3 {大，代表其振動響應小，即意味著該系統在單位力作用下產生的變形就小。- W3 n+ D+ }1 l6 m. v
關鍵詞：木工圓鋸片；頻響函數；動剛度；試驗；分析
! q1 K$ J$ Y! }. q中圖分類號：TS643
+ B) j+ L* L# D) u! M6 V! K4 r在木工機械行業，木工圓鋸片在鋸切過程中，, _: b6 |- p6 X: _4 [" y* }! E* \
普遍存在機械振動問題。振動不僅會產生噪聲污- Q) n' p3 b) k6 a% d
染、縮短圓鋸片的使用壽命、降低鋸切質量、增. H# g9 k1 T/ r: P _
大鋸路，還會加劇圓鋸片的變形失效，甚至引起
2 y5 Z1 L0 V1 B- |安全事故。在實際使用過程中，圓鋸片的動態穩
; a0 K& p2 C( e$ |& E% n9 v定性問題是一個不容忽視的普遍存在的問題，有$ o4 y8 w1 m% l; h2 Y& g: e5 U' I
必要對其振動特性進行研究。機械系統的振動特
, r( a+ Z! d) [8 G! V性，主要決定于系統本身的慣性、彈性和阻尼參
4 j+ x/ @- w* K. d9 ^數。圓鋸片系統的動剛度為其線性定常機械系統) w6 P- U; x. e4 T% Y! `
中激勵力相量與響應的加速度向量之比，反映其/ @; _0 ^3 F) E9 \$ q2 J! j3 g! J
在特定的動態激擾下抵抗變形的能力，即引起單
/ f+ D6 A3 Y$ l* G/ I5 J位振幅所需要的動態力。圓鋸片系統的動剛度越7 J* E2 A8 G: }$ B3 }
大，其抗變形能力就越大。因此，實際工作中，
1 I. s( O0 c4 m, d5 Z/ @0 P1 p( `對木工圓鋸片的動剛度研究工作顯得尤為重要。- [. O; \& I* e' l" S4 m# y! D" W
國內外同行對圓鋸片的動剛度特性的基礎應
* {) V; c1 N3 s6 V用研究成果較多，但主要集中在改變諸如鋸身結
) Y: f( y' I, U9 K, o5 C構，如減振槽、卸荷槽等方面，本課題以結構力; y. L2 U/ v* f
學和機械振動機理為基礎，利用先進的振動信號
Z: S( q' u0 u9 Y+ U% g+ d- m數據采集與分析測量系統，對木工圓鋸片及其圓
" s; L( v3 v# b9 |0 P5 J鋸片系統的動剛度(或動柔度)進行測量及相關
5 ~, O$ j$ J( D分析，并通過其模型計算，驗證它們的相關性等，
- f: e8 ^/ Y, t( l3 _" w7 |以期通過理論計算與試驗驗證分析，達到對木工
0 `, L8 M1 \: A/ ~圓鋸片的事先優化設計目的，同時對提高木工圓: J9 U4 [" n# I' }& I
鋸機及圓鋸片的綜合動態特性檢測水平提供借
0 c& U8 {: F& _3 `& A k! G鑒。% K, _8 o: {+ [8 \: K! u; K! N
1 材料和儀器設備
& L. U( X* O# Z# L本文試驗設備為500mm萬能木工圓鋸機，使
2 b# H5 l- y/ e% X1 v& E用的木工圓鋸片主要參數：外徑300mm、齒寬9 ?0 N- s+ [" c9 K
3．2mm、齒厚2．2ram、內徑30mm、齒數96、最高
# s6 O$ Q2 _) \轉速6800r／min；其測量儀器為南京安正軟件工程9 e) i6 E3 {. X
有限公司產的振動及動態信號采集分析系統l9 T7 C) T2 k3 s( E+ w/ P0 l
套，包括調理箱、采集箱、信號與數據分析軟件
$ r. x% t/ h" M3 T4 N( o) r l及計算機，并主要配置：江蘇聯能電子技術有限
) R! n' y H, W ^7 W公司產的LC1301力錘l把，量程500N，包括4 v$ |6 W9 @% N- N3 J% e1 {8 w$ T
CL—YD一303型力傳感器1把，靈敏度3．89pc／N，
) V1 d0 y5 H# I+ ^6 q& y# W選用橡膠頭；CA—YD一185型壓電式加速度傳感器: u( } {( G0 r! P( B
1只，電荷靈敏度4．89pc／N，質量4g。7 h% {0 w1 G) X1 ^
2 測試原理與過程
: g& ]4 Z, t+ P0 _( K0 |2．1測試原理7 X! O h! S# Y. K& e# D" Z
動剛度為線性定常機械系統中激勵力向量與
8 ~8 ?- m# A- J8 b* X# M響應的加速度向量之比。本試驗采用機械動力學
, i5 `* v4 s7 V8 a* i- K6 {+ t的瞬態激勵法，其頻響函數為輸出的傅里葉變換
( r0 r1 d+ L4 y& \8 m與輸入的傅里葉變換之比。主要測量原理是：通( z0 q1 z$ ^. o% a; h9 D3 v$ k
過實現圓鋸片測試系統的動態信號調理箱和采集0 x& ~' {) V4 q$ D" g% U0 I" V
箱上的雙通道(CHI為力通道，CH2為加速度傳
9 @5 i& |, W3 o& B* I! A感器通道)的測量連接，再敲擊圓鋸片，使其產- a" G; K5 G' v7 h( H$ z* v" P
生橫向自由振動，通過加速度傳感器接受機械受: h& I5 n. g6 e! w4 }1 b
力信號并將其變為電信號，再經信號調理儀放大、& `9 q* `8 c$ A- ~) r
濾波后，對其進行信號的A／D 集及譜分析，從
1 j7 h3 L4 v( D% a0 X1 {6 U1／H 頻譜中可得出圓鋸片系統的階次頻響函數
# Z" ^1 Q* F$ |, q4 Z# }譜、一條隨頻率變化的動剛度曲線和階次動剛度$ X$ {# N+ Q' R
幅值。
) v, z. H2 d Z' z2．2測量過程
# A& y5 w8 u8 i' C1 C4 WAdCras數據采集及處理參數設置：采樣頻率
" k) X, d* q1 c4 p3 R. J2 `# G/ c1000Hz；CH1單位設為(N)、CH2單位設為
3 o7 ^: G2 g2 \* ]! D(mm／s )； CH1放大100倍CH2放大100倍。
) r' }5 m/ o# [, Q0 u" dStandard and test標準與檢溺( M: j* } a3 M
SsCras信號與系統分析參數設置：分析頻率為
1 v z7 t1 Y1 }/ b; O500Hz，頻響函數類型為1／Ht，頻譜類型為線性譜；* }9 f: \9 Z J- N! N
為防止頻率混迭，本試驗選擇低通濾波器的頻率' y$ y7 @9 M$ O! l% @2 ?# W
上限，濾波頻率設為1000Hz。
$ ^; l/ d8 m& H V; _0 ^( L! K本試驗對在自由懸掛和安裝在圓鋸機上兩種
- n/ C/ t( X6 Q2 W不同狀態下的圓鋸片系統進行動剛度特性參數的& G( S2 G9 W" T' R
測量。試驗中，力錘上安裝橡膠頭產生激勵信號
: n7 D- c/ \) f9 x(CH1)；將1只加速度傳感器牢固安裝在圓鋸片9 S! K4 G! C+ ~# n- V. K8 ]
上，接受響應信號(CH2)。其試驗框圖見圖1、
$ X4 U& j' o/ u; U, ^5 n圖2。& }( |7 } o. P1 n+ ~3 D7 j
圖l 圓鋸片系統自由式懸掛狀態動剛度試驗框圖
( g& V0 Z: t) J圖2 安裝在圓鋸機系統上測量圓鋸片動剛度框圖1 ~( q9 f7 u( _! O
實測前，進入示波方式，每敲擊圓鋸片一次后
. U4 C$ G$ H) x# ?# t7 P要等待鋸片穩定后再進行第二次敲擊，檢查儀器5 Q* ?6 m3 M+ m7 Q, D
連接線是否接通，波形是否合理等，不合理時將重; ]8 R4 U) ^* J
新設置之；正式測量時，用帶塑料頭的力錘敲擊圓( E C" o4 H5 d- i
鋸片，激起圓鋸片系統振動，以觸發方式采集數
: j: U6 T( U# F據，進行動態信號頻譜分析，由此得到系統各階1 D3 m1 q8 {& |7 z
的動剛度幅值。- O6 W4 e7 t4 M( r x
3 結果與分析7 z, I+ i5 k+ d& y, g
木工機床2011 No．2
! k* x$ L: }/ f2 W# R3．1數據結果
7 Z l) S a5 ~+ `3 M! c圖3為懸掛系統中圓鋸片的固有頻率頻譜圖( [5 R9 @( e% N
以及測量數據；圖4為固定在圓鋸機系統中的固2 r) j% H- q# C) a1 d
有頻率頻譜圖以及測量數據；圖4為懸掛系統中1 R% Q* y3 i0 A& r$ y
1／H 頻譜及測量數據；圖6為固定在圓鋸機系統
- Y# |: @8 e* P0 `; v4 x中1／H 頻譜及測量數據；1／H 頻譜中的橫坐標表# Y& B0 ]5 ]) _
示頻率(Hz)，縱坐標表示振幅(EU)。" l. N7 K7 ]- U/ d
2 v( J/ T+ [$ p6 \6 i' P
3．2數據計算及分析
% v' j) r+ @5 G/ M- w+ q! N通過分析圓鋸片在兩種不同狀態下的1／H 頻
! z. G: @4 a6 `: v: U$ _譜及測量數據(圖5和圖6)我們可以得出，動 _9 }' P' Z2 O* p% t0 w
剛度頻譜是一條隨頻率變化的曲線。1／H。頻譜中 G% C0 S( [/ a2 |7 U
的橫坐標表示頻率(Hz)，縱坐標表示振幅(EU o
, q# k0 B. v' Q4 ^, @根據動剛度計算公式 ： 計算出前十階
* ]; Y) r+ ^0 g- W固有頻率對應的動剛度的值，見表1。6 y5 r6 `) D! `6 h }
表1圓鋸片系統兩種狀態下的各階動剛度值計算表
- |5 @: k) P6 R2 K" O1 n% u; A固有頻率 幅階次 值 動剛度值 階次 固有頻率 幅值 動剛度值
* J/ m h$ E1 p+ Bf(HZ) A(dB) Enns(N／M) f(HZ) A(dB) Erms(N／M)' K. M6 ]2 U9 G- _- G1 k2 f! ~. s" b& Q
1 3．42 36．83 0．0798 1 8．06 60．58 0．O236
4 c. w6 U8 J( g5 f2 5．37 34．94 0．0307 2 12．45 41．26 0．00670
5 m7 v/ A) h4 N9 R0 T f3 10．O1 27．23 0．00689 3 16．85 41．44 0．00370, o( o; F. H' m8 W& o
4 17．09 27．81 O．OD241 4 19．78 40．o7 0．OO26O
) H: F! j2 C4 Q5 19．78 27．9 0．0o181 5 26．86 41．58 0．00146" _6 a! M* ^- T' n6 {
6 30．03 29．71 0．000835 6 30．O3 48．76 0．oo137; g( G' o. g2 y
7 31．49 31．46 0．O0o804 7 35．89 47．3 0．000931
( w9 F3 s3 \* ^# y8 36．13 30．1 0．O0o585 8 45．17 42．59 0．00o519, [# V* [+ |% B* T+ o, i' M6 a- S
9 38．82 28．42 O．0O0478 9 60_3 44．98 0．000314' t: E) ]& h7 K Z- B
1O 47．85 27．38 O．0o0218 10 64．2l 40．76 0．O0o251( Z3 x& ?. e; m. u) P( W! v! L {
懸掛自由系統中圓鋸片的動剛度值計算 安裝在 圓鋸機系統狀態下圓鋸片的動剛度值計算
: G! F: t5 G% z+ L4 結論與建議
, M; }3 Q' B) j, B* G1 Y3 V a4．1根據動剛度1／H1頻譜得知，動剛度頻譜是一. e/ p/ o( \5 T
條隨頻率變化的曲線。某一結構系統的動剛度大，- |6 }7 ~( T# \# C& \ V4 R
代表其振動響應小，即意味著該系統在單位力作- E ?; i, R; _# j4 {! r
用下產生的變形就小。
9 s/ O! z+ q s8 C4 |" c& w# g& D4．2 表1表明，兩種狀態系統的第一階固有頻率
+ Z4 E4 o0 g$ {, t6 F8 J' {( F所對應的動剛度值最大。其固有頻率的階數越大，
( W' P; j& \# A! B) N其動剛度值均呈依次減小的規律。 h" e- p S: \& P
4．3 圖3、圖4頻譜中，當系統的激勵頻率與其1 U& E" L1 Y) z5 p1 @
固有頻率發生耦合時，易發生共振現象，此時其7 r0 C$ p; `) F! q
動剛度值為最小，易產生變形。在木工圓鋸片的
1 V5 U3 y% \, {% S. x- }; p% o設計及生產中，建議注重圓鋸片的固有頻率和動
' B# \& v' {( [剛度動態參數特性問題，提高圓鋸片動剛度的值，
# m3 F5 t8 Z9 D$ I6 A! F7 z如在鋸切的時候，應盡量調整圓鋸機系統的振動) ~* Q5 q5 o; @& `- w
頻率，使頻率接近動剛度值較大時的固有頻率，. n$ h% c4 Z: N2 y ]$ n6 }
這樣可以減少因圓鋸片的振動而帶來的損害，提
) _: \. R! W8 l& I7 ]高其使用壽命和產品質量等。
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! C' S2 h' e0 }, t擊》，20Q9，28(2)：124～127" ]) a/ u9 J$ D& R
第一作者：郝敬冬南京林業大學木材工業學院工業裝2 R% q6 f4 C% c0 d, K6 B, v
備與過程自動化專業090421班學生
W+ R2 n/ d9 m9 _通訊作者：王正南京林業大學木材工業學院高級工程師
5 ?+ @* W" Z1 H2 m/ E博士 E4 o( N4 I2 E. k6 x4 z" ^
(投稿日期：2011．6．9) |
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發表于 2014-1-15 10:37:22
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