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三 面 切 書 機 振 動 分 析 的 階 次 跟 蹤 方 法 文 章 編 號 一 一 一 三 面 切 書 機 振 動 分 析 的 階 次 跟 蹤 方 法 易 立 新 , 王 民 北 京 工 業(yè) 大 學 先 進 制 造 技 術 實 驗 室 , 北 京 摘 要 旋 轉(zhuǎn) 機 械 的 固 有 特 性 導 致 其 在 運 行 過 程 中 會 產(chǎn) 生 振 動 , 當 振 動 過 于 強 烈 時 , 會 導 致 機 器 工 作 異 常 , 甚 至 產(chǎn) 生 生 產(chǎn) 事 故 。 如 何 有 效 地 控 制 振 動 , 成 為 工 程 技 術 人 員 的 一 個 重 要 研 究 課 題 。 采 用 階 次 分 析 方 法 對 三 面 切 書 機 振 動 進 行 測 試 分 析 , 確 定 振 動 產(chǎn) 生 的 原 因 。 為 進 一 步 的 控 制 和 降 低 三 面 切 書 機 的 振 動 提 供 參 考 和 依 據(jù) 。 關 鍵 詞 振 動 與 波 三 面 切 書 機 階 次 跟 蹤 振 動 測 試 中 圈 分 類 號 珊 文 獻 標 識 碼 · 一 環(huán) 姓 刀 召 材 藝 盯 盯 , , 而 , 沈 一 一 一 一 對 于 印 后 加 工 的 裝 訂 生 產(chǎn) 線 , 當 其 中 的 三 面 切 書 機 的 轉(zhuǎn) 速 達 到 一 定 值 的 時 候 , 其 振 動 急 劇 增 大 , 導 致 工 作 異 常 , 致 使 整 條 生 產(chǎn) 線 的 生 產(chǎn) 效 率 無 法 提 高 。 為 了 提 高 生 產(chǎn) 線 的 工 作 效 率 , 必 須 分 析 三 面 切 書 機 振 動 異 常 產(chǎn) 生 的 原 因 , 為 降 低 三 面 切 書 機 的 振 動 及 結 構 改 進 提 供 參 考 和 依 據(jù) 。 階 次 跟 蹤 方 法 旋 轉(zhuǎn) 機 械 的 振 動 與 機 械 的 轉(zhuǎn) 速 有 著 密 切 的 關 系 , 如 機 械 轉(zhuǎn) 軸 的 質(zhì) 量 不 平 衡 、 軸 線 不 對 中 、 齒 輪 制 造 精 度 較 低 等 都 會 引 起 機 械 系 統(tǒng) 振 動 。 一 個 單 軸 或 多 軸 組 成 的 旋 轉(zhuǎn) 機 械 , 其 激 勵 主 要 是 周 期 性 激 勵 , 根 據(jù) 傅 立 葉 變 換 , 周 期 性 信 號 是 由 基 波 信 號 和 一 系 列 頻 率 為 基 波 整 數(shù) 倍 的 諧 波 信 號 組 成 。 旋 轉(zhuǎn) 機 械 的 激 勵 信 號 也 是 由 基 波 和 諧 波 信 號 組 成 。 機 械 系 統(tǒng) 會 對 激 勵 產(chǎn) 生 同 頻 率 的 響 應 。 當 機 械 系 統(tǒng) 的 轉(zhuǎn) 速 改 變 時 , 激 勵 的 頻 率 和 幅 值 會 隨 著 機 械 轉(zhuǎn) 速 的 改 變 產(chǎn) 生 變 化 , 機 械 系 統(tǒng) 的 響 應 也 會 產(chǎn) 生 相 應 的 變 化 , 當 激 勵 頻 率 與 機 械 結 構 的 固 有 頻 率 接 近 或 相 等 時 , 機 械 系 統(tǒng) 的 振 動 會 急 劇 增 加 , 導 致 機 械 工 作 異 常 。 階 次 分 析 方 法 是 識 別 旋 轉(zhuǎn) 機 械 振 動 與 旋 轉(zhuǎn) 速 度 關 系 的 重 要 方 法 之 一 。 當 旋 轉(zhuǎn) 機 械 升 降 速 時 , 激 勵 收 稿 日 期 刀 一 作 者 簡 介 易 立 新 一 , 男 , 湖 北 人 , 碩 士 研 究 生 。 力 頻 率 以 及 振 動 信 號 的 頻 率 隨 轉(zhuǎn) 速 改 變 而 變 化 。 在 這 種 情 況 下 , 不 滿 足 傅 立 葉 變 換 對 信 號 的 平 穩(wěn) 性 要 求 。 因 此 不 能 用 常 規(guī) 的 頻 譜 分 析 法 進 行 分 析 。 為 了 解 決 這 一 問 題 , 在 階 次 分 析 中 , 對 振 動 信 號 不 再 是 等 時 間 采 樣 , 而 是 采 用 等 角 度 采 樣 , 即 轉(zhuǎn) 軸 每 轉(zhuǎn) 過 一 定 的 角 度 對 振 動 信 號 采 樣 一 次 。 采 樣 頻 率 隨 轉(zhuǎn) 速 變 化 而 變 化 , 轉(zhuǎn) 速 越 高 , 采 樣 頻 率 越 高 , 轉(zhuǎn) 速 越 慢 , 采 樣 頻 率 越 低 。 在 角 域 內(nèi) , 振 動 信 號 變 成 了 平 穩(wěn) 信 號 。 在 角 域 內(nèi) 對 振 動 信 號 進 行 譜 分 析 得 到 的 譜 圖 稱 為 階 次 譜 。 譜 圖 中 橫 坐 標 反 應 旋 轉(zhuǎn) 機 械 振 動 頻 率 與 轉(zhuǎn) 速 的 比 值 , 即 階 次 , 縱 坐 標 反 應 振 動 信 號 的 幅 值 。 階 次 分 析 的 主 要 方 法 有 階 次 譜 圖 、 三 維 譜 陣 圖 和 階 次 譜 陣 圖 三 種 形 式 。 階 次 譜 圖 是 二 維 譜 圖 , 它 顯 示 的 是 某 一 轉(zhuǎn) 速 下 振 動 幅 值 隨 轉(zhuǎn) 速 階 次 的 分 布 。 即 橫 坐 標 是 轉(zhuǎn) 速 的 階 次 , 縱 坐 標 是 振 動 的 幅 值 。 三 維 譜 陣 圖 又 稱 瀑 布 圖 是 旋 轉(zhuǎn) 機 械 升 、 降 速 時 振 動 信 號 分 析 的 一 種 常 用 方 法 , 以 轉(zhuǎn) 速 、 頻 率 和 幅 值 構 成 三 維 坐 標 , 三 維 譜 陣 圖 顯 示 了 振 動 信 號 頻 譜 隨 轉(zhuǎn) 速 的 變 化 。 由 固 有 頻 率 引 起 的 振 動 頻 率 不 隨 轉(zhuǎn) 速 的 變 化 而 變 化 , 由 轉(zhuǎn) 軸 旋 轉(zhuǎn) 產(chǎn) 生 的 振 動 頻 率 隨 轉(zhuǎn) 速 變 化 而 變 化 , 三 維 譜 陣 圖 可 識 別 機 械 的 固 有 頻 率 。 階 次 譜 陣 圖 分 別 是 以 轉(zhuǎn) 速 、 階 次 、 階 次 幅 值 譜 為 坐 標 , 按 等 速 間 隔 排 列 的 一 組 階 次 譜 圖 。 它 比 三 維 譜 陣 圖 更 能 精 確 地 識 別 旋 轉(zhuǎn) 機 械 與 轉(zhuǎn) 速 有 關 的 振 動 特 性 。 年 月 噪 聲 與 振 動 控 制 第 期 實 驗 裝 置 及 測 點 和 參 考 轉(zhuǎn) 速 的 選 取 實 驗 儀 器 的 選 擇 本 次 實 驗 采 用 的 儀 器 設 備 是 丹 麥 公 司 的 巧 多 分 析 系 統(tǒng) 軟 件 , 配 有 刃 分 析 軟 件 , 階 次 分 析 軟 件 , 加 速 度 傳 感 器 、 紅 外 線 測 速 計 。 實 驗 目 的 本 次 實 驗 的 目 的 是 確 定 三 面 切 書 機 高 速 運 轉(zhuǎn) 時 振 動 異 常 產(chǎn) 生 的 原 因 , 為 降 低 振 動 提 供 參 考 依 據(jù) 。 機 不 能 長 時 間 正 常 工 作 。 書書書書書書書書助助 、、 、、 尹尹 尸 戶戶 比比 亡 圖 三 面 切 書 機 機 構 示 意 圖 圖 三 面 切 書 機 的 傳 動 圖 測 點 安 排 , 如 圖 所 示 , 三 面 切 書 機 運 動 主 要 由 兩 部 分 組 成 , 一 是 供 紙 輪 將 紙 傳 送 到 切 紙 的 位 置 , 當 切 紙 完 成 后 , 供 紙 輪 又 將 紙 送 離 切 紙 的 位 置 。 二 是 偏 心 凸 輪 驅(qū) 動 刀 架 上 下 運 動 , 切 刀 隨 刀 架 上 下 運 動 完 成 切 紙 過 程 。 當 供 紙 導 軌 振 動 過 大 時 , 導 致 紙 張 定 位 不 準 , 切 紙 精 度 降 低 。 刀 架 質(zhì) 量 較 大 , 其 重 力 作 用 在 凸 輪 上 , 是 導 致 三 面 切 書 機 振 動 最 主 要 的 激 勵 源 。 因 此 測 點 選 擇 在 供 紙 導 軌 和 刀 架 導 軌 上 。 由 于 切 書 機 的 機 架 是 箱 體 結 構 , 并 且 結 構 比 較 大 , 是 整 個 機 器 的 薄 弱 環(huán) 節(jié) , 在 機 架 上 也 選 擇 幾 個 測 點 。 參 考 轉(zhuǎn) 速 的 選 擇 。 圖 是 三 面 切 書 機 驅(qū) 動 凸 輪 運 動 的 傳 動 系 統(tǒng) , 為 了 測 量 的 方 便 , 選 擇 齒 輪 的 傳 動 軸 轉(zhuǎn) 速 作 為 參 考 轉(zhuǎn) 速 。 齒 輪 與 齒 輪 的 轉(zhuǎn) 速 比 。 齒 輪 與 凸 輪 同 軸 , 參 考 轉(zhuǎn) 速 與 凸 輪 轉(zhuǎn) 速 比 也 是 。 實 驗 結 果 及 分 析 三 面 切 書 機 在 空 載 下 加 速 , 一 直 加 速 到 空 載 允 許 的 最 高 轉(zhuǎn) 速 , 即 本 小 時 。 當 切 書 機 工 作 速 度 接 近 本 小 時 , 振 動 開 始 急 劇 增 加 。 當 轉(zhuǎn) 速 達 到 本 小 時 , 切 書 機 振 動 變 得 十 分 劇 烈 , 切 書 圖 三 面 切 書 機 前 階 階 次 譜 陣 云 圖 由 于 所 有 測 點 振 動 信 號 的 譜 圖 比 較 類 似 , 選 擇 機 架 導 軌 振 動 信 號 做 分 析 。 圖 、 圖 分 別 是 三 面 切 書 機 機 架 導 軌 振 動 信 號 的 三 維 譜 陣 云 圖 、 階 次 譜 陣 云 圖 。 從 圖 可 以 看 出 , 在 處 , 當 轉(zhuǎn) 速 超 過 , 三 面 切 書 機 振 動 十 分 強 烈 。 當 轉(zhuǎn) 速 超 過 , 在 處 , 三 面 切 書 機 同 樣 振 動 十 分 劇 烈 。 而 且 振 動 頻 率 沒 有 隨 轉(zhuǎn) 速 增 加 而 增 加 。 因 此 三 面 切 書 機 在 和 附 近 存 在 固 有 頻 率 。 從 圖 可 以 看 出 , 在 轉(zhuǎn) 速 階 處 , 當 參 考 轉(zhuǎn) 速 接 近 , 即 本 每 小 時 , 振 動 開 始 劇 烈 增 加 。 當 轉(zhuǎn) 速 達 到 左 右 時 , 振 動 達 到 最 大 值 。 隨 后 , 振 動 隨 轉(zhuǎn) 速 增 加 開 始 逐 漸 減 小 。 當 轉(zhuǎn) 速 超 過 時 , 在 轉(zhuǎn) 速 階 處 振 動 非 常 小 , 但 在 轉(zhuǎn) 速 階 次 , 振 動 開 始 加 劇 , 當 轉(zhuǎn) 速 達 到 時 , 振 動 幅 值 達 到 最 大 值 。 然 后 振 動 逐 漸 減 弱 。 旋 轉(zhuǎn) 機 械 升 降 速 的 過 程 中 , 當 轉(zhuǎn) 軸 旋 轉(zhuǎn) 產(chǎn) 生 的 激 勵 力 基 波 及 其 諧 波 頻 率 接 近 或 等 于 機 械 結 構 的 固 有 頻 率 時 , 在 基 頻 或 諧 波 頻 率 處 激 起 的 振 動 較 劇 烈 , 當 激 勵 力 基 頻 或 諧 波 頻 率 離 固 有 頻 率 較 遠 時 , 激 起 的 振 動 越 小 。 當 參 考 轉(zhuǎn) 速 達 到 時 , 參 考 轉(zhuǎn) 速 的 階 頻 率 和 凸 輪 轉(zhuǎn) 速 的 第 八 階 頻 率 與 固 有 頻 率 最 接 近 , 在 轉(zhuǎn) 速 的 階 處 , 三 面 切 書 機 的 振 動 較 大 。 從 圖 可 以 看 出 , 三 面 切 書 機 的 固 有 頻 率 是 。 在 階 次 處 , 當 轉(zhuǎn) 速 為 時 , 凸 輪 軸 激 勵 力 的 次 諧 波 頻 率 也 與 固 有 頻 率 接 近 , 振 動 也 較 大 。 同 樣 的 道 理 , 在 參 考 轉(zhuǎn) 三 面 切 書 機 振 動 分 析 的 階 次 跟 蹤 方 法 速 的 階 處 , 當 參 考 轉(zhuǎn) 速 達 到 時 , 凸 輪 轉(zhuǎn) 速 的 次 諧 波 頻 率 與 三 面 切 書 機 的 固 有 頻 率 接 近 。 此 時 三 面 切 書 機 固 有 頻 率 是 。 同志加湘 、二 待 七 一 口 … … 目 , , , “ , 二 七… 二 翻 七 ﹄瀚 ﹄瀚。 二 目 一 側尸一認日以一巾川川呷一 圖 切 書 機 階 次 譜 圖 參 考 轉(zhuǎn) 速 司回 ﹄加 婦 ﹄九 二 甲 … “ 二 ‘ 比 白 二 湘 “ 心 ,‘ 一 , 二 腸 ‘ 腸 ” 么 … 熱﹄﹄ 卜 儼 八 獷 牙 幼 聲 。 , 諸 、 ‘ 一 ‘ 圖 切 書 機 階 次 譜 圖 參 考 轉(zhuǎn) 速 管 激 勵 力 較 大 , 在 參 考 轉(zhuǎn) 速 的 階 次 處 和 階 次 處 , 振 動 仍 小 于 時 階 次 處 的 振 動 。 從 上 面 的 分 析 可 知 , 導 致 切 書 機 振 動 異 常 最 主 要 的 原 因 是 參 考 轉(zhuǎn) 速 轉(zhuǎn) 軸 產(chǎn) 生 激 勵 力 的 基 次 頻 率 及 凸 輪 軸 產(chǎn) 生 激 勵 力 的 八 次 諧 波 頻 率 與 三 面 切 書 機 的 固 有 頻 率 接 近 或 重 合 。 要 提 高 三 面 切 書 機 的 工 作 轉(zhuǎn) 速 , 一 種 方 法 是 改 進 三 面 切 書 機 的 結 構 , 盡 可 能 提 高 三 面 切 書 機 的 固 有 頻 率 。 三 面 切 書 機 采 用 的 是 偏 心 凸 輪 結 構 驅(qū) 動 刀 架 上 下 往 復 運 動 。 刀 架 的 重 量 作 用 在 偏 心 凸 輪 , 刀 架 越 重 , 激 勵 力 越 大 同 樣 轉(zhuǎn) 速 條 件 下 , 結 構 振 動 的 響 應 也 越 大 。 因 此 , 減 輕 刀 架 質(zhì) 量 也 能 夠 降 低 三 面 切 書 機 的 振 動 , 提 高 工 作 轉(zhuǎn) 速 。 可 以 通 過 采 用 輕 質(zhì) 的 鑄 鋁 件 代 替 鑄 鐵 件 做 為 刀 架 的 材 料 。 結 語 三 面 切 書 機 的 振 動 異 常 主 要 原 因 是 參 考 轉(zhuǎn) 速 轉(zhuǎn) 軸 產(chǎn) 生 激 勵 力 的 基 次 頻 率 及 凸 輪 軸 產(chǎn) 生 激 勵 力 的 八 次 諧 波 頻 率 與 三 面 切 書 機 的 固 有 頻 率 重 合 , 導 致 三 面 切 書 機 產(chǎn) 生 劇 烈 的 振 動 。 要 提 高 三 面 切 書 機 的 工 作 轉(zhuǎn) 速 , 必 須 盡 可 能 的 提 高 三 面 切 書 機 的 固 有 頻 率 , 讓 三 面 切 書 機 的 固 有 頻 率 避 開 階 轉(zhuǎn) 速 的 頻 率 。 刀 架 的 重 量 是 三 面 切 書 機 最 主 要 的 激 勵 力 。 減 小 激 勵 力 , 有 助 于 降 低 三 面 切 書 機 的 振 動 , 應 盡 量 減 輕 三 面 切 書 機 刀 架 的 重 量 。 參 考 文 獻 〕 ,, 幾」,‘飛︶廠一一匕︸ 取 出 轉(zhuǎn) 速 分 別 為 的 階 次 圖 圖 和 的 階 次 圖 圖 , 當 轉(zhuǎn) 速 為 時 , 在 轉(zhuǎn) 速 階 處 , 測 點 振 動 速 度 達 到 而 , 當 轉(zhuǎn) 速 為 時 , 轉(zhuǎn) 速 階 處 振 動 很 小 , 而 階 處 和 階 處 振 動 速 度 分 別 為 而 和 。 但 都 比 轉(zhuǎn) 速 為 時 轉(zhuǎn) 速 階 處 振 動 小 。 當 轉(zhuǎn) 速 為 時 , 參 考 轉(zhuǎn) 速 軸 產(chǎn) 生 的 激 勵 力 的 基 波 和 凸 輪 軸 產(chǎn) 生 激 勵 力 的 八 次 諧 波 都 與 固 有 頻 率 接 近 , 當 轉(zhuǎn) 速 為 犯 時 , 只 有 凸 輪 軸 產(chǎn) 生 激 勵 力 的 諧 波 頻 率 與 固 有 頻 率 ’ 接 近 , 參 考 轉(zhuǎn) 速 的 基 波 頻 率 與 固 有 頻 率 相 隔 較 遠 , 盡 」 巧 , , , , , 一 , , 服 , 即 , 仁 郭 瑜 , 秦 樹 人 旋 轉(zhuǎn) 機 械 非 穩(wěn) 定 信 號 的 偽 轉(zhuǎn) 速 跟 蹤 階 比 分 析 振 動 與 沖 擊 , , 上 接 第 頁 差 分 格 式 計 算 值 吻 合 得 很 好 。 本 文 的 研 究 對 于 聲 傳 輸 元 件 的 設 計 具 有 一 定 的 參 考 價 值 , 同 時 對 于 豐 富 和 發(fā) 展 聲 學 理 論 也 具 有 一 定 的 學 術 價 值 。 參 考 文 獻 「 馬 大 酞 , 沈 壕 聲 學 手 冊 〕 北 京 科 學 出 版 社 , 兀 嶺 〔 〕 仁 〕 , , 助 , 廠 〕 , , 一 仁 仁 , , 一 李 太 寶 計 算 聲 學 【 二 北 京 科 學 出 版 社 , 昭 , “ 〕 一 , ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 現(xiàn) 代 制 造 工 程 2006年 第 8期 設 備 設 計 /診 斷 維 修 /再 制 造 切 書 機 基 礎 件 的 有 限 元 分 析 3 易 立 新 ,王 民 ,李 俊 勤 ,李 小 富 ,費 仁 元 (北 京 工 業(yè) 大 學 北 京 市 先 進 制 造 技 術 重 點 實 驗 室 ,北 京 100022) 摘 要 國 產(chǎn) 切 書 機 在 設 計 過 程 中 ,很 少 考 慮 切 書 機 基 礎 件 的 動 態(tài) 性 能 。 當 國 產(chǎn) 切 書 機 在 高 速 運 轉(zhuǎn) 時 ,振 動 急 劇 加 大 ,嚴 重 影 響 加 工 質(zhì) 量 和 工 作 效 率 。 利 用 ANSYS有 限 元 分 析 軟 件 ,對 切 書 機 基 礎 件 進 行 模 態(tài) 分 析 ,根 據(jù) 基 礎 件 的 振 型 ,對 基 礎 件 結 構 進 行 改 進 ,并 對 改 進 前 后 的 結 構 進 行 諧 響 應 分 析 ,證 明 改 進 效 果 比 較 明 顯 。 關 鍵 詞 :切 書 機 基 礎 件 ANSYS 模 態(tài) 分 析 諧 響 應 分 析 中 圖 分 類 號 : O242; TH16 文 獻 標 識 碼 : A 文 章 編 號 : 1671— 3133 (2006) 08— 0092— 03 F in ite elem en t ana lysis of ba sic structure of cutting2book mach ine Yi L ixin,W ang M in, L i Junqin, L i Xiaofu, Fei Renyuan (Beijing University of Technology, Beijing 100022, CHN) Abstract During the p rocess of designing, dynam ic feature of basic structure of cutting2book machine designed in China is less taken consider. W hen itworks in high2speed, its vibration grows greatly, which results in p roducts of bad quality. Based on ANSYS software, the model analysis of cutting2book machine is done. The natural frequencies and the modes of basic structure of cutting2 book machine are analyzed. According to figure of structure in vibration, its structure is mended. And harmonic response analysis of structure of both original basic structure and basic structure mended is respectively done and the result is satisfactory. Key words:Cutting2book machine Basic structure ANSYS Model analysis Harmonic response analysis 國 產(chǎn) 切 書 機 在 低 速 運 轉(zhuǎn) 時 穩(wěn) 定 性 好 ,切 書 質(zhì) 量 良 好 ,但 若 要 提 高 主 機 運 轉(zhuǎn) 速 度 ,機 器 將 因 高 速 而 引 起 系 統(tǒng) 振 動 ,直 接 影 響 切 書 質(zhì) 量 。 因 此 ,提 高 機 械 的 抗 振 特 性 ,將 是 提 高 生 產(chǎn) 效 率 和 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 的 一 項 重 要 的 研 究 課 題 。 本 文 應 用 ANSYS對 切 書 機 進 行 模 態(tài) 分 析 ,計 算 出 其 固 有 頻 率 和 振 型 ,找 出 基 礎 件 原 始 設 計 方 案 中 的 薄 弱 環(huán) 節(jié) ,提 出 相 應 的 結 構 改 進 建 議 和 局 部 強 化 措 施 , 并 對 改 進 前 后 的 結 構 進 行 諧 響 應 分 析 。 1 模 態(tài) 分 析 的 動 力 學 理 論 模 態(tài) 分 析 的 基 本 思 想 是 把 一 個 復 雜 的 結 構 按 其 結 構 的 特 點 分 成 若 干 個 子 結 構 ,然 后 用 離 散 法 和 有 限 元 法 對 子 結 構 作 各 種 力 學 分 析 。 對 一 個 具 有 連 續(xù) 質(zhì) 量 的 結 構 用 有 限 元 法 進 行 模 態(tài) 分 析 時 ,先 將 該 結 構 離 散 為 有 限 個 單 元 組 成 的 模 型 ,求 出 單 元 剛 度 矩 陣 [ K ] 和 單 元 質(zhì) 量 矩 陣 ,按 照 節(jié) 點 自 由 度 序 號 對 號 ,對 各 單 元 的 剛 度 矩 陣 和 質(zhì) 量 矩 陣 進 行 組 集 ,得 到 總 剛 度 矩 陣 和 總 質(zhì) 量 矩 陣 [M ],對 于 線 性 動 力 系 統(tǒng) 的 小 阻 尼 結 構 ,可 以 采 用 復 合 阻 尼 [C ],得 出 結 構 的 振 動 微 分 方 程 (動 力 方 程 ) : [M ] { q · · } + [C ]{ q} + [ K ]{ q} = { F ( t) } 式 中 : { q · · }為 加 速 度 向 量 ; { q}為 速 度 向 量 ; { q}為 節(jié) 點 位 移 向 量 ; { F ( t) }為 整 體 載 荷 向 量 。 因 為 要 對 結 構 進 行 模 態(tài) 分 析 ,要 求 解 的 是 固 有 頻 率 和 振 型 參 數(shù) 固 有 模 態(tài) 與 外 載 荷 無 關 ,結 構 阻 尼 對 固 有 頻 率 的 影 響 很 小 ,在 求 結 構 固 有 頻 率 和 振 型 時 ,可 以 不 考 慮 阻 尼 ,上 式 則 簡 化 為 無 阻 尼 自 由 振 動 方 程 : ( -ω 2i [M ] + [ K ]) { q} = 0 式 中 :ω i 為 自 由 振 動 固 有 頻 率 ;展 開 此 行 列 式 ,得 到 一 個 關 于 ω 2i 的 n次 多 項 式 ,多 項 式 的 根 (特 征 值 )即 為 模 型 的 固 有 頻 率 ,將 特 征 值 代 入 公 式 ,就 可 求 出 特 征 向 量 ,從 而 獲 得 給 定 頻 率 下 的 振 型 。 固 有 頻 率 和 振 型 是 承 受 動 態(tài) 載 荷 結 構 設 計 中 的 重 要 參 數(shù) 。 29 3 北 京 市 先 進 制 造 技 術 重 點 實 驗 室 開 放 項 目 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 設 備 設 計 /診 斷 維 修 /再 制 造 現(xiàn) 代 制 造 工 程 2006年 第 8期 2 切 書 機 基 礎 件 的 模 態(tài) 分 析 211 三 面 切 書 機 基 礎 件 的 建 模 在 用 ANSYS做 動 力 學 有 限 元 分 析 時 ,由 于 要 求 的 是 整 個 結 構 的 各 階 固 有 頻 率 和 振 型 。 這 是 從 整 體 的 角 度 來 研 究 問 題 ,而 結 構 上 的 一 些 細 節(jié) 問 題 是 可 以 適 當 忽 略 的 。 并 且 ,由 于 切 書 機 結 構 比 較 復 雜 ,除 了 忽 略 一 些 結 構 上 的 細 節(jié) 外 ,在 建 模 時 ,把 模 型 分 為 五 個 部 分 分 別 繪 制 ,包 括 左 、 右 、 前 、 后 、 底 部 ,最 后 再 組 合 起 來 。 212 邊 界 條 件 基 礎 件 底 部 的 四 個 角 用 高 強 度 螺 栓 固 定 在 底 座 上 ,故 基 礎 件 底 部 的 四 個 角 看 成 全 方 位 約 束 (包 括 X、 圖 1 基 礎 件 第 一 階 振 型 圖 2 基 礎 件 第 四 階 振 型 圖 3 基 礎 件 第 六 階 振 型 圖 4 基 礎 件 第 八 階 振 型 Y、 Z 及 三 個 旋 轉(zhuǎn) 方 向 )。 213 模 態(tài) 分 析 的 計 算 結 果 通 過 ANSYS的 模 態(tài) 分 析 ,基 礎 件 的 固 有 頻 率 如 表 1 所 示 , 部 分 振 型 如 圖 1至 圖 4所 示 。 刀 架 的 支 撐 桿 是 由 偏 心 凸 輪 驅(qū) 動 的 , 支 撐 桿 沿 著 固 定 的 基 礎 件 上 的 支 撐 架 的 滑 動 軌 道 做 沿 Y軸 往 復 運 動 。 由 于 傳 動 部 分 和 支 撐 架 都 安 裝 在 基 礎 件 上 ,當 切 書 機 高 速 運 轉(zhuǎn) ,偏 心 凸 輪 引 起 的 激 勵 力 的 頻 率 及 其 諧 波 頻 率 與 基 礎 件 某 階 固 有 頻 率 接 近 或 相 等 時 ,基 礎 件 產(chǎn) 生 劇 烈 振 動 ,從 而 帶 動 整 個 機 器 振 動 。 要 提 高 加 工 質(zhì) 量 、 增 加 效 率 ,必 須 提 高 基 礎 件 的 抗 振 性 能 。 當 基 礎 件 以 第 一 階 固 有 頻 率 振 動 時 , 基 礎 件 帶 動 支 撐 桿 和 刀 架 沿 X 軸 左 右 擺 動 ,這 將 會 導 致 刀 架 定 位 不 準 確 。 同 時 也 會 加 劇 支 撐 桿 與 支 撐 架 滑 動 軌 道 的 摩 擦 ,增 加 振 動 和 噪 聲 。 中 間 梁 上 安 裝 紙 的 傳 輸 機 構 ,紙 傳 輸 機 構 的 振 動 太 大 ,導 致 紙 張 卡 位 不 準 確 ,因 此 減 小 中 間 梁 的 振 動 對 提 高 加 工 質(zhì) 量 也 具 有 重 要 意 義 ,同 時 提 高 中 間 梁 的 剛 度 對 基 礎 件 整 體 剛 度 有 重 要 意 義 。 為 了 減 少 基 礎 件 沿 X 軸 方 向 的 振 動 和 機 架 整 體 的 扭 動 ,對 基 礎 件 進 行 了 兩 處 修 改 。 第 一 ,在 機 器 左 側 內(nèi) 部 距 離 前 端 200mm處 ,加 一 個 豎 直 向 上 、 長 度 為 500mm的 加 強 筋 。 在 機 器 右 側 內(nèi) 板 內(nèi) 側 相 對 于 左 側 的 位 置 ,增 加 一 加 強 筋 。 第 二 ,在 機 器 左 右 兩 側 后 部 中 間 梁 加 一 個 寬 為 38mm,高 為 30mm ,長 度 為 68mm 的 矩 形 筋 。 第 三 ,為 了 提 高 中 間 梁 的 抗 振 性 能 ,在 機 器 前 部 中 間 梁 下 部 左 、 右 兩 端 ,各 加 一 個 沿 著 Z 軸 方 向 、 邊 長 為 30mm的 等 腰 三 角 形 。 表 1 基 礎 件 固 有 頻 率 及 振 型 描 述 階 次 固 有 頻 率 振 型 描 述 1 9419 一 階 振 型 為 機 器 沿 X方 向 左 右 擺 動 2 17816 二 階 振 型 為 后 梁 沿 Z方 向 前 后 擺 動 3 20619 三 階 振 型 為 機 器 前 后 梁 繞 Y軸 中 間 處 扭 轉(zhuǎn) 4 22313 四 階 振 型 為 機 器 中 間 梁 前 部 繞 中 間 梁 底 部 X 方向 扭 轉(zhuǎn) 5 28516 五 階 振 型 為 前 后 梁 沿 X方 向 左 右 擺 動 6 29912 六 階 振 型 為 中 間 梁 后 部 繞 中 間 梁 底 部 X軸 扭 轉(zhuǎn) 7 34212 七 階 振 型 為 中 間 梁 后 部 繞 X方 向 扭 轉(zhuǎn) 8 35716 八 階 振 型 為 前 后 左 右 四 面 向 中 間 靠 攏 9 38516 九 階 振 型 主 要 為 切 書 機 前 部 梁 前 后 擺 動 10 43018 十 階 振 型 主 要 為 整 體 彎 扭 復 合 模 態(tài) 214 基 礎 件 改 進 后 模 態(tài) 分 析 的 結 果 切 書 機 基 礎 件 結 構 改 進 后 ,利 用 ANSYS進 行 模 態(tài) 分 析 。 改 進 前 后 基 礎 件 的 固 有 頻 率 如 表 2所 示 。 表 2 改 進 前 后 的 固 有 頻 率 階 次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 改 前 的 固 有 頻 率 9419 17816 20619 22313 28516 29912 34212 35716 38516 43018 改 后 的 固 有 頻 率 9514 17911 20513 22813 28014 30118 34510 35810 38419 42313 3 切 書 機 基 礎 件 的 諧 響 應 分 析 諧 響 應 分 析 是 用 于 確 定 線 性 結 構 隨 時 間 按 正 弦 (簡 諧 )規(guī) 律 變 化 的 載 荷 在 穩(wěn) 態(tài) 響 應 時 的 一 種 技 術 。 分 析 的 目 的 是 計 算 出 結 構 在 規(guī) 定 的 頻 率 內(nèi) 的 響 應 并 得 到 一 些 響 應 值 (通 常 是 位 移 )對 頻 率 的 曲 線 。 為 了 解 修 改 前 后 基 礎 件 振 動 的 變 化 情 況 ,對 切 書 機 基 礎 件 39 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 現(xiàn) 代 制 造 工 程 2006年 第 8期 設 備 設 計 /診 斷 維 修 /再 制 造 進 行 諧 響 應 分 析 ,選 取 對 切 書 影 響 較 大 的 四 個 點 。 其 中 有 兩 個 點 是 支 撐 刀 架 的 地 方 ,另 外 兩 個 點 選 在 左 右 兩 側 切 書 機 上 部 中 間 處 (如 圖 5、 圖 6所 示 )。 在 AN2 SYS中 諧 響 應 分 析 有 三 種 方 法 , Full法 、 Reduced法 、 Mode superposition法 。 由 于 切 書 機 基 礎 件 結 構 比 較 復 雜 ,采 用 Mode superposition法 比 較 適 宜 ,因 此 ,使 用 Mode superposition法 對 切 書 機 基 礎 件 進 行 諧 響 應 分 析 。 切 書 機 最 主 要 載 荷 是 在 切 書 的 過 程 中 ,由 凸 輪 帶 圖 5 諧 響 應 分 析 測 點 圖 圖 6 諧 響 應 分 析 施 加 的 載 荷 動 刀 架 引 起 的 。 因 此 ,把 載 荷 加 在 安 裝 凸 輪 軸 的 孔 心 位 置 , 加 載 荷 方 向 如 圖 6所 示 。 選 擇 四 個 點 做 諧 響 應 分 析 ,以 驗 證 改 進 后 結 構 的 動 態(tài) 特 性 。 第 一 點 是 基 礎 件 與 刀 架 連 桿 連 接 處 , 第 二 點 是 基 礎 件 橫 梁 的 中 間 點 ,第 三 點 是 橫 梁 的 右 側 點 ,第 四 點 是 基 礎 件 與 刀 架 連 桿 連 接 處 另 一 側 與 第 一 點 相 對 應 的 點 。 圖 7是 第 一 點 X 方 向 修 改 前 后 的 諧 響 應 圖 。 從 圖 中 可 以 看 出 ,在 接 近 360Hz處 (第 八 階 固 有 頻 率 ) , 出 現(xiàn) 振 動 峰 值 點 ,經(jīng) 過 改 進 后 ,最 大 振 幅 明 顯 下 降 (下 降 近 30% )。 在 95Hz處 (第 一 階 固 有 頻 率 )的 振 幅 也 有 小 幅 下 降 。 圖 7 第 一 點 X向 改 進 前 后 諧 響 應 圖 8是 第 四 點 X方 向 的 諧 響 應 圖 ,第 四 點 與 第 一 點 的 位 置 是 相 對 的 ,都 是 在 機 器 的 上 部 中 間 處 ,只 是 一 左 一 右 。 但 是 因 為 機 器 結 構 左 右 兩 側 不 平 衡 ,所 以 兩 側 都 進 行 測 量 。 同 第 一 點 一 樣 ,峰 值 振 幅 出 現(xiàn) 在 接 近 360Hz處 (第 八 階 固 有 頻 率 ) ,改 進 后 的 振 幅 下 降 近 20%。 切 書 機 基 礎 件 第 二 點 Z 方 向 的 位 移 最 大 峰 值 出 現(xiàn) 在 220Hz處 (第 四 階 固 有 頻 率 )。 第 四 點 Z 方 向 300Hz(第 六 階 固 有 頻 率 )和 360Hz (第 八 階 固 有 頻 率 ) 的 振 幅 較 大 ,經(jīng) 過 改 進 后 ,基 礎 件 在 這 兩 點 Z 方 向 的 振 幅 均 有 較 大 的 下 降 。 第 二 點 的 幅 值 下 降 16% (見 圖 9)。 第 三 點 Z方 向 在 300Hz (第 六 階 固 有 頻 率 )的 幅 值 下 降 24%。 在 360Hz (第 八 階 固 有 頻 率 )處 的 幅 值 下 降 約 50% (見 圖 10)。 圖 8 第 四 點 X向 改 進 前 后 諧 響 應 圖 9 第 二 點 Z向 改 進 前 后 諧 響 應 圖 10 第 三 點 Z向 改 進 前 后 諧 響 應 4 結 語 本 文 利 用 ANSYS對 切 書 機 基 礎 件 進 行 模 態(tài) 分 析 , 計 算 出 基 礎 件 的 固 有 頻 率 和 振 型 。 根 據(jù) 基 礎 件 的 薄 弱 環(huán) 節(jié) 和 實 際 工 作 情 況 ,對 基 礎 件 的 設 計 提 出 了 幾 點 改 進 意 見 ,并 對 改 進 前 后 的 結 構 進 行 諧 響 應 分 析 。 與 改 進 前 的 結 構 比 較 ,改 進 后 的 結 構 動 態(tài) 性 能 得 到 了 有 效 的 提 高 ,振 幅 有 了 明 顯 的 下 降 ,切 書 機 的 工 作 效 率 也 會 進 一 步 提 高 。 參 考 文 獻 : [ 1 ] 王 勖 成 ,邵 敏 . 有 限 元 法 基 本 原 理 的 數(shù) 值 方 法 [M ]. 北 京 :清 華 大 學 出 版 社 , 2000. [ 2 ] 大 久 保 信 行 (日 ). 機 械 模 態(tài) 分 析 [M ]. 上 海 :上 海 交 通 大 學 出 版 社 , 1985. 作 者 簡 介 :易 立 新 ,研 究 生 。 電 話 : (010) 67391624 收 稿 日 期 : 2005212228 49 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增 加 一 型 三 面 切 書 機 的 啟 動 電 路 本 公 司 一 臺 一 日 型 三 面 切 書 機 的 主 電 機 采 用 三 相 交 流 異 步 整 流 子 電 機 一 一 型 額 定 功 率 為 一 額 定 電 流 為 一 卜 具 有 連 續(xù) 無 級 調(diào) 速 性 能 以 滿 足 不 同 裁 切 速 度 的 要 求 。 它 是 一 種 恒 轉(zhuǎn) 矩 交 流 調(diào) 速 電 機 , 必 須 在 最 低 速 位 置 啟 動 , 否 則 啟 動 電 流 將 高 達 倍 實 測 電 流 達 引 起 主 電 機 熔 斷 器 熔 斷 故 障 造 成 缺 相 , 縮 短 主 電 機 的 使 用 壽 命 。 為 保 證 主 電 機 在 最 低 速 位 置 啟 動 筆 者 增 設 了 電 機 啟 動 電 路 , 即 在 主 電 機 啟 動 前 自 動 返 回 到 最 低 速 位 置 。 該 啟 動 電 路 只 在 原 電 路 的 基 礎 上 增 加 了 一 只 中 間 繼 電 器 并 只 需 對 原 線 路 稍 加 改 動 即 可 。 啟 動 電 路 的 基 本 工 作 原 理 如 圖 所 示 。 在 切 書 機 通 電 后 低 速 接 觸 器 得 電 動 作 , 附 裝 在 主 電 機 上 的 三 相 交 流 異 步 微 電 機 圖 中 和 主 電 路 均 未 畫 出 驅(qū) 動 變 速 機 構 , 使 兩 個 可 做 相 反 方 向 移 動 的 電 刷 轉(zhuǎn) 盤 向 最 低 速 位 置 移 動 。 這 時 限 位 開 關 閉 合 低 速 復 位 中 間 繼 電 器 刊 得 電 動 作 的 常 閉 觸 點 斷 開 了 的 線 圈 回 路 電 刷 轉(zhuǎn) 盤 則 停 止 在 最 低 速 位 置 不 動 。 如 果 前 刀 安 全 罩 已 蓋 上 安 全 開 關 閉 合 按 下 主 電 機 啟 動 按 鈕 后 , 經(jīng) 過 已 得 電 閉 合 的 常 開 觸 點 , 主 電 機 交 流 接 觸 器 優(yōu) 得 電 啟 動 主 電 機 運 轉(zhuǎn) 并 自 鎖 。 此 時 啟 動 按 鈕 的 常 閉 觸 點 斷 開 保 證 了 主 電 機 啟 動 時 電 磁 離 合 器 處 于 離 開 狀 態(tài) 。 由 此 可 見 增 加 上 述 主 電 機 啟 動 電 路 , 對 于 設 備 性 能 的 日 臻 完 善 和 正 確 使 用 減 少 不 必 要 的 故 障 產(chǎn) 生 提 高 設 備 的 安 全 性 有 著 重 要 的 現(xiàn) 實 意 義 。 湖 北 鄭 州 立 龍 印 務 有 限 公 司 任 天 才 自 制 簡 易 移 動 式 電 熱 風 干 機 本 公 司 個 別 印 刷 品 的 裝 訂 必 須 采 用 手 工 涂 刷 膠 鉆 劑 的 裝 訂 方 式 , 但 所 涂 刷 的 膠 私 劑 在 常 規(guī) 環(huán) 境 中 自 然 干 燥 所 需 的 時 間 較 長 , 影 響 了 下 一 道 工 序 的 正 常 進 行 , 尤 其 是 在 陰 雨 天 氣 問 題 更 為 突 出 。 于 是 我 們 自 制 了 一 臺 簡 易 移 動 式 電 熱 風 干 機 如 圖 所 示 對 手 工 涂 刷 膠 鉆 劑 的 裝 訂 產(chǎn) 品 進 行 干 燥 為 流 水 裝 訂 作 業(yè) 創(chuàng) 造 了 良 好 的 條 件 。 簡 易 移 動 式 電 熱 風 干 機 主 要 由 一 臺 軸 流 式 工 作 排 氣 扇 , 兩 支 螺 旋 形 帶 散 熱 翅 片 的 電 熱 管 和 風 道 組 成 并 在 外 殼 底 部 安 裝 了 萬 向 腳 輪 可 任 意 移 動 作 業(yè) 以 適 應 不 同 場 合 的 使 用 要 求 。 基 本 工 作 原 理 排 氣 扇 啟 動 后 電 熱 管 也 開 始 加 熱 這 時 空 氣 由 進 風 口 經(jīng) 過 電 熱 管 被 加 熱 , 再 由 出 風 口 送 至 所 涂 刷 膠 私 劑 的 裝 訂 產(chǎn) 品 上 進 行 干 燥 。 用 電 氣 開 關 分 三 檔 控 制 移 動 式 電 熱 風 干 機 的 工 作 狀 態(tài) 在 陰 雨 天 氣 兩 支 電 熱 管 和 排 氣 扇 同 時 工 作 在 晴 天 一 支 電 熱 管 和 排 氣 扇 工 作 在 夏 天 電 熱 管 不 工 作 只 用 排 風 扇 工 作 。 這 樣 對 涂 刷 膠 豁 劑 的 裝 訂 產(chǎn) 品 進 行 干 燥 既 不 影 響 各 裝 訂 工 序 的 正 常 進 行 又 節(jié) 省 電 能 。 實 踐 證 明 自 制 簡 易 移 動 式 電 熱 風 干 機 在 手 工 涂 刷 膠 鉆 劑 的 裝 訂 作 業(yè) 中 可 提 高 工 效 一 倍 大 大 縮 短 了 裝 訂 作 業(yè) 時 間 。 湖 北 鄭 州 立 龍 印 務 有 限 公 司 張 正 沖 姜 東 茄 任 天 才 印 刷 技 術 · 第 二 屆 中 國 國 際 全 印 展 · 年 月 一 日 · 上 海 咨 詢 電 話 一 佗