機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制

機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)及其控制措施（一）強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五物體受力分析：外力Px=Posinωt

彈性力kx

阻尼力cx’

運(yùn)動(dòng)方程：第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五其中第一項(xiàng)代表有阻尼自由振動(dòng)，振幅衰減，為一瞬態(tài)過程；第二項(xiàng)代表等幅強(qiáng)迫振動(dòng)，為一穩(wěn)態(tài)過程：第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五最終得：第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五（二）強(qiáng)迫振動(dòng)的特征1、為等幅周期振動(dòng)；2、振動(dòng)頻率與干擾力頻率相等；3、當(dāng)頻率比接近1時(shí)，λ=ω/ωo→1，產(chǎn)生共振；4、振幅與各參數(shù)之間的關(guān)系：干擾力幅值Po↑→A2↑

彈簧系數(shù)k↑→A2↓

阻尼系數(shù)c↑→A2↓第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五（三）強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因及診斷1、機(jī)加工中強(qiáng)迫振動(dòng)振源機(jī)內(nèi)振源：電機(jī)、回轉(zhuǎn)件、齒輪嚙合沖擊機(jī)外振源：可通過隔振地基消除2、強(qiáng)迫振動(dòng)診斷比較振動(dòng)頻率與振源頻率（四）消除強(qiáng)迫振動(dòng)的措施1、減小Po，消除振源激振力2、隔振，尤其是外界振源3、提高阻尼系數(shù)c，變化頻率比λ，使其遠(yuǎn)離1。第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五三、機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及控制（一）自激振動(dòng)的產(chǎn)生：無周期外力，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與系統(tǒng)固有頻率接近。只開機(jī)不切削，工藝系統(tǒng)無自激振動(dòng)。自激振動(dòng)系統(tǒng)包含四個(gè)環(huán)節(jié)：①不變（非振）的能源機(jī)構(gòu)；②控制進(jìn)入振動(dòng)系統(tǒng)能量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)；③振動(dòng)系統(tǒng)；④振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反饋，控制進(jìn)入系統(tǒng)能量的大小。第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五例：皮帶勻速運(yùn)動(dòng)，物體受摩擦力和彈簧力作用。1、物體在A點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度v0

彈簧力等于摩擦力：F=Fo2、物體與皮帶的摩擦特性：v↑→Fv↓,v↓→Fv↑3、當(dāng)物體受偶然力作用，在BC間運(yùn)動(dòng)時(shí)，有：

B→C時(shí)v<v0FB→C>FoC→B時(shí)v>v0FC→B<Fo第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五4、摩擦功：

B→A區(qū)間，同向加速v<v0v↓Fμ↑A→C區(qū)間，同向減速v<v0v↑Fμ↓C→A區(qū)間，反向加速v>v0v↑Fμ↓A→B區(qū)間，反向減速v>v0v↓Fμ↑B→C：摩擦力作正功，為B1C下的面積。C→B：摩擦力作負(fù)功，為B2C下的面積。物體運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期，摩擦力作的功為正。第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五（二）自激振動(dòng)的特點(diǎn)：1、自激振動(dòng)為不衰減的振動(dòng)，外部干擾只起初始作用；2、自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)固有頻率；3、自激振動(dòng)能否產(chǎn)生、振動(dòng)大小，取決于每一振動(dòng)周期內(nèi)輸入與消耗能量的對(duì)比情況。第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五（三）產(chǎn)生自激振動(dòng)的幾種學(xué)說1、負(fù)摩擦自振原理刀具→物體，切屑→皮帶，機(jī)床、刀架→彈簧徑向切削分力Fy隨切削速度的增大先增后減，在曲線下降區(qū)域容易出現(xiàn)自激振動(dòng)。第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五2、再生效應(yīng)自振原理外圓磨削：砂輪寬度B，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f，重疊系數(shù)定義為：μ=（B-f）/B0<μ<1第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五縱車縱磨時(shí)μ<1切槽、切斷、橫磨鉆削等μ=1一般情況下0<μ<1重疊系數(shù)越大，越容易產(chǎn)生自激振動(dòng)。第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五切削再生自振產(chǎn)生過程：第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五3、振型耦合自振原理將工藝系統(tǒng)的振動(dòng)限制于平面振動(dòng)，在偶然干擾力作用下刀架將沿X1、X2兩個(gè)剛度方向振動(dòng)。刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡為封閉橢圓，相位差不同，運(yùn)動(dòng)軌跡不同。第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)?shù)毒邚腁經(jīng)C到B做振入運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削厚度較薄，切削力較小；而刀具從B經(jīng)D到A做振出運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削厚度較大，切削力較大。在一個(gè)振動(dòng)周期中，切削力對(duì)系統(tǒng)做正功大于做負(fù)功，有多余能量輸入，系統(tǒng)將自振。第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五相位差與振動(dòng)軌跡第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五（四）控制和減小自激振動(dòng)的主要措施首先，應(yīng)區(qū)分是強(qiáng)迫振動(dòng)還是自激振動(dòng)。1、消除、或減少產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件（1）盡量減小重疊系數(shù)（抑制再生型自振）第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五（2）盡量增加切削阻尼減小刀具后角，可增大摩擦阻尼，切削穩(wěn)定性提高，但太小也不好，以2~3度為好。也可在后刀面上磨出消振棱。第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五（3）考慮振型耦合影響，合理布置主切削力和小剛度主軸的位置若振動(dòng)系統(tǒng)的小剛度主軸X1位于切削力F與y軸之間時(shí)，容易產(chǎn)生自振（a），（b）抗振。第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五車床上車刀裝在水平面上穩(wěn)定性最差；車刀裝在60度的方位上，穩(wěn)定性最好。第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五2、提高工藝系統(tǒng)的抗振性和穩(wěn)定性（1）提高工藝系統(tǒng)的剛度A、提高機(jī)床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)剛度主要是薄弱環(huán)節(jié)的動(dòng)剛度B、提高刀具和工件夾持系統(tǒng)的動(dòng)剛度第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五（2）增大系統(tǒng)阻尼A、材料的內(nèi)阻尼混凝土阻尼>鑄鐵阻尼>焊接鋼件阻尼機(jī)床床身常采用鑄鐵；也可在零件上加阻尼材料。第25頁，共27頁，2023年，2月20