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標(biāo)題: 對(duì)木工圓鋸片系統(tǒng)動(dòng)剛度特性參數(shù)的試驗(yàn)分析 [打印本頁(yè)]

作者: baihanfeng 時(shí)間: 2014-1-15 10:37
標(biāo)題: 對(duì)木工圓鋸片系統(tǒng)動(dòng)剛度特性參數(shù)的試驗(yàn)分析
本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 編輯

同行相互學(xué)習(xí)！

對(duì)木工圓鋸片系統(tǒng)動(dòng)剛度特性參數(shù)的試驗(yàn)分析
For woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic
parameters of dynamic stifness
郝敬冬王正韓江梁金輝 ’
(南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院南京210037)
摘要：基于滿足木工圓鋸片優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用，提高對(duì)木工圓鋸機(jī)及圓鋸片系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)
水平等需要。本文依據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理，采用隨機(jī)激勵(lì)振動(dòng)測(cè)量法，分別對(duì)自由懸掛和安裝在圓鋸機(jī)
上兩種支撐方式的木工圓鋸片，進(jìn)行其系統(tǒng)的動(dòng)剛度特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。結(jié)論表明，圓鋸片系統(tǒng)動(dòng)剛
度頻譜為一條隨頻率變化的曲線，且有多個(gè)峰值，每個(gè)峰值處動(dòng)剛度值相對(duì)較大；某一系統(tǒng)的動(dòng)剛度
大，代表其振動(dòng)響應(yīng)小，即意味著該系統(tǒng)在單位力作用下產(chǎn)生的變形就小。
關(guān)鍵詞：木工圓鋸片；頻響函數(shù)；動(dòng)剛度；試驗(yàn)；分析
中圖分類號(hào)：TS643
在木工機(jī)械行業(yè)，木工圓鋸片在鋸切過程中，
普遍存在機(jī)械振動(dòng)問題。振動(dòng)不僅會(huì)產(chǎn)生噪聲污
染、縮短圓鋸片的使用壽命、降低鋸切質(zhì)量、增
大鋸路，還會(huì)加劇圓鋸片的變形失效，甚至引起
安全事故。在實(shí)際使用過程中，圓鋸片的動(dòng)態(tài)穩(wěn)
定性問題是一個(gè)不容忽視的普遍存在的問題，有
必要對(duì)其振動(dòng)特性進(jìn)行研究。機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)特
性，主要決定于系統(tǒng)本身的慣性、彈性和阻尼參
數(shù)。圓鋸片系統(tǒng)的動(dòng)剛度為其線性定常機(jī)械系統(tǒng)
中激勵(lì)力相量與響應(yīng)的加速度向量之比，反映其
在特定的動(dòng)態(tài)激擾下抵抗變形的能力，即引起單
位振幅所需要的動(dòng)態(tài)力。圓鋸片系統(tǒng)的動(dòng)剛度越
大，其抗變形能力就越大。因此，實(shí)際工作中，
對(duì)木工圓鋸片的動(dòng)剛度研究工作顯得尤為重要。
國(guó)內(nèi)外同行對(duì)圓鋸片的動(dòng)剛度特性的基礎(chǔ)應(yīng)
用研究成果較多，但主要集中在改變諸如鋸身結(jié)
構(gòu)，如減振槽、卸荷槽等方面，本課題以結(jié)構(gòu)力
學(xué)和機(jī)械振動(dòng)機(jī)理為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的振動(dòng)信號(hào)
數(shù)據(jù)采集與分析測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)木工圓鋸片及其圓
鋸片系統(tǒng)的動(dòng)剛度(或動(dòng)柔度)進(jìn)行測(cè)量及相關(guān)
分析，并通過其模型計(jì)算，驗(yàn)證它們的相關(guān)性等，
以期通過理論計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證分析，達(dá)到對(duì)木工
圓鋸片的事先優(yōu)化設(shè)計(jì)目的，同時(shí)對(duì)提高木工圓
鋸機(jī)及圓鋸片的綜合動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)水平提供借
鑒。
1 材料和儀器設(shè)備
本文試驗(yàn)設(shè)備為500mm萬能木工圓鋸機(jī)，使
用的木工圓鋸片主要參數(shù)：外徑300mm、齒寬
3．2mm、齒厚2．2ram、內(nèi)徑30mm、齒數(shù)96、最高
轉(zhuǎn)速6800r／min；其測(cè)量?jī)x器為南京安正軟件工程
有限公司產(chǎn)的振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)l
套，包括調(diào)理箱、采集箱、信號(hào)與數(shù)據(jù)分析軟件
及計(jì)算機(jī)，并主要配置：江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限
公司產(chǎn)的LC1301力錘l把，量程500N，包括
CL—YD一303型力傳感器1把，靈敏度3．89pc／N，
選用橡膠頭；CA—YD一185型壓電式加速度傳感器
1只，電荷靈敏度4．89pc／N，質(zhì)量4g。
2 測(cè)試原理與過程
2．1測(cè)試原理
動(dòng)剛度為線性定常機(jī)械系統(tǒng)中激勵(lì)力向量與
響應(yīng)的加速度向量之比。本試驗(yàn)采用機(jī)械動(dòng)力學(xué)
的瞬態(tài)激勵(lì)法，其頻響函數(shù)為輸出的傅里葉變換
與輸入的傅里葉變換之比。主要測(cè)量原理是：通
過實(shí)現(xiàn)圓鋸片測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理箱和采集
箱上的雙通道(CHI為力通道，CH2為加速度傳
感器通道)的測(cè)量連接，再敲擊圓鋸片，使其產(chǎn)
生橫向自由振動(dòng)，通過加速度傳感器接受機(jī)械受
力信號(hào)并將其變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理儀放大、
濾波后，對(duì)其進(jìn)行信號(hào)的A／D 集及譜分析，從
1／H 頻譜中可得出圓鋸片系統(tǒng)的階次頻響函數(shù)
譜、一條隨頻率變化的動(dòng)剛度曲線和階次動(dòng)剛度
幅值。
2．2測(cè)量過程
AdCras數(shù)據(jù)采集及處理參數(shù)設(shè)置：采樣頻率
1000Hz；CH1單位設(shè)為(N)、CH2單位設(shè)為
(mm／s )； CH1放大100倍CH2放大100倍。
Standard and test標(biāo)準(zhǔn)與檢溺
SsCras信號(hào)與系統(tǒng)分析參數(shù)設(shè)置：分析頻率為
500Hz，頻響函數(shù)類型為1／Ht，頻譜類型為線性譜；
為防止頻率混迭，本試驗(yàn)選擇低通濾波器的頻率
上限，濾波頻率設(shè)為1000Hz。
本試驗(yàn)對(duì)在自由懸掛和安裝在圓鋸機(jī)上兩種
不同狀態(tài)下的圓鋸片系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)剛度特性參數(shù)的
測(cè)量。試驗(yàn)中，力錘上安裝橡膠頭產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)
(CH1)；將1只加速度傳感器牢固安裝在圓鋸片
上，接受響應(yīng)信號(hào)(CH2)。其試驗(yàn)框圖見圖1、
圖2。
圖l 圓鋸片系統(tǒng)自由式懸掛狀態(tài)動(dòng)剛度試驗(yàn)框圖
圖2 安裝在圓鋸機(jī)系統(tǒng)上測(cè)量圓鋸片動(dòng)剛度框圖
實(shí)測(cè)前，進(jìn)入示波方式，每敲擊圓鋸片一次后
要等待鋸片穩(wěn)定后再進(jìn)行第二次敲擊，檢查儀器
連接線是否接通，波形是否合理等，不合理時(shí)將重
新設(shè)置之；正式測(cè)量時(shí)，用帶塑料頭的力錘敲擊圓
鋸片，激起圓鋸片系統(tǒng)振動(dòng)，以觸發(fā)方式采集數(shù)
據(jù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)信號(hào)頻譜分析，由此得到系統(tǒng)各階
的動(dòng)剛度幅值。
3 結(jié)果與分析
木工機(jī)床2011 No．2
3．1數(shù)據(jù)結(jié)果
圖3為懸掛系統(tǒng)中圓鋸片的固有頻率頻譜圖
以及測(cè)量數(shù)據(jù)；圖4為固定在圓鋸機(jī)系統(tǒng)中的固
有頻率頻譜圖以及測(cè)量數(shù)據(jù)；圖4為懸掛系統(tǒng)中
1／H 頻譜及測(cè)量數(shù)據(jù)；圖6為固定在圓鋸機(jī)系統(tǒng)
中1／H 頻譜及測(cè)量數(shù)據(jù)；1／H 頻譜中的橫坐標(biāo)表
示頻率(Hz)，縱坐標(biāo)表示振幅(EU)。

3．2數(shù)據(jù)計(jì)算及分析
通過分析圓鋸片在兩種不同狀態(tài)下的1／H 頻
譜及測(cè)量數(shù)據(jù)(圖5和圖6)我們可以得出，動(dòng)
剛度頻譜是一條隨頻率變化的曲線。1／H。頻譜中
的橫坐標(biāo)表示頻率(Hz)，縱坐標(biāo)表示振幅(EU o
根據(jù)動(dòng)剛度計(jì)算公式：計(jì)算出前十階
固有頻率對(duì)應(yīng)的動(dòng)剛度的值，見表1。
表1圓鋸片系統(tǒng)兩種狀態(tài)下的各階動(dòng)剛度值計(jì)算表
固有頻率幅階次值動(dòng)剛度值階次固有頻率幅值動(dòng)剛度值
f(HZ) A(dB) Enns(N／M) f(HZ) A(dB) Erms(N／M)
1 3．42 36．83 0．0798 1 8．06 60．58 0．O236
2 5．37 34．94 0．0307 2 12．45 41．26 0．00670
3 10．O1 27．23 0．00689 3 16．85 41．44 0．00370
4 17．09 27．81 O．OD241 4 19．78 40．o7 0．OO26O
5 19．78 27．9 0．0o181 5 26．86 41．58 0．00146
6 30．03 29．71 0．000835 6 30．O3 48．76 0．oo137
7 31．49 31．46 0．O0o804 7 35．89 47．3 0．000931
8 36．13 30．1 0．O0o585 8 45．17 42．59 0．00o519
9 38．82 28．42 O．0O0478 9 60_3 44．98 0．000314
1O 47．85 27．38 O．0o0218 10 64．2l 40．76 0．O0o251
懸掛自由系統(tǒng)中圓鋸片的動(dòng)剛度值計(jì)算安裝在圓鋸機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)下圓鋸片的動(dòng)剛度值計(jì)算
4 結(jié)論與建議
4．1根據(jù)動(dòng)剛度1／H1頻譜得知，動(dòng)剛度頻譜是一
條隨頻率變化的曲線。某一結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)剛度大，
代表其振動(dòng)響應(yīng)小，即意味著該系統(tǒng)在單位力作
用下產(chǎn)生的變形就小。
4．2 表1表明，兩種狀態(tài)系統(tǒng)的第一階固有頻率
所對(duì)應(yīng)的動(dòng)剛度值最大。其固有頻率的階數(shù)越大，
其動(dòng)剛度值均呈依次減小的規(guī)律。
4．3 圖3、圖4頻譜中，當(dāng)系統(tǒng)的激勵(lì)頻率與其
固有頻率發(fā)生耦合時(shí)，易發(fā)生共振現(xiàn)象，此時(shí)其
動(dòng)剛度值為最小，易產(chǎn)生變形。在木工圓鋸片的
設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中，建議注重圓鋸片的固有頻率和動(dòng)
剛度動(dòng)態(tài)參數(shù)特性問題，提高圓鋸片動(dòng)剛度的值，
如在鋸切的時(shí)候，應(yīng)盡量調(diào)整圓鋸機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)
頻率，使頻率接近動(dòng)剛度值較大時(shí)的固有頻率，
這樣可以減少因圓鋸片的振動(dòng)而帶來的損害，提
高其使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量等。
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第一作者：郝敬冬南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院工業(yè)裝
備與過程自動(dòng)化專業(yè)090421班學(xué)生
通訊作者：王正南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院高級(jí)工程師
博士
(投稿日期：2011．6．9)

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