[CAD图纸全套]卧式铣床主轴悬臂梁系统振动减振问题的模拟实验研究设计

买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 目录 第 1 章 前言 1 第 2 章 机床振动问题的分析 3 2 1 机床减振问题的提出 3 2 2 机床振动产生的原因及减振问题 3 2 2 1 机床振动产生的原因 4 2 2 2 机床减振问题的讨论 5 2 3 本课题的提出 7 第 3 章 铣床模型机的设计 9 3 1 铣床的介绍 9 3 2 模型机的设计 10 3 2 1 模型机的总体结构设计 10 3 2 2 模型机的内部选型 11 第 4 章 固有频率的测定 13 4 1 固有频率测定方法 的介绍 13 4 1 1 测定固有频率的意义 13 4 1 2 仪器介绍 13 4 2 用正弦激励法测固有频率 16 4 3 用脉冲激励法测固有频率 18 第 5 章 模型机的减振试验研究 19 5 1 正交试验原理 19 5 1 1 正交试验原理介绍 19 5 1 2 正交表安排试验步骤 20 5 2 试验方案的选择及试验结果 21 5 2 1 钢球减振试验 21 5 2 2 沙子减振试验 29 5 2 3 结论 31 第 6 章 机床动态性能的研究及趋势展望 33 第 2 页 共 40 页 总结 36 参考文献 37 致谢 38 附图 39 卧式铣床主轴悬臂梁系统振动减振问题的模拟实验研究 摘要 机床工作时产生振动，不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量 ，而 且还要降低生产效率和刀具的耐用度。随着科学技术的飞跃发展，对机器零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求，从而机床振动问题的研究成为研制、生产和使用机床部门必须面对的重大课题。本文 主要是针对卧式铣床的振动及减振问题的研究。首先，参照 计了一台用于减振试验的铣床模型机。其中，盛放不同规格钢球的减振槽相当于一个阻尼消振器，利用钢球之间及其与槽壁之间的碰撞摩擦，消耗铣床模型机的振动能量，以达到减振的目的。其次，利用正弦信号激励的方法测试寻找了模型机的各阶主要频率，并分析了其结构的固有特性。最后，利用正交表安排了五组钢球减振实验以及一组沙子减振实验。六组实验的数据对比及结果分析从一定程度上说明了利用钢球减振的可实施性。 关键词 ：振动减振，主轴悬臂梁系统，模拟实验研究，固有频率 ，钢球减振 买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 he it of of It a to of a to 4 页 共 40 页 is on of On I a be to 62W a we to as a of be of as as a of 文档送全套图纸 扣扣 414951605 第 1章 前言 机床工作时产生振动，不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量 ，而且还要降低生产效率和刀具的耐用度。振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能，不仅如此，伴随振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，导致工作效率下降。故振动问题必须引起我们足够的重视。 随着科学技术的飞跃发展，对机器零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求，从而机床振动 问题的研究成为研制、生产和使用机床部门必须面对的重大课题。研究机床振动的目的，在于探究机床振动发生的原因，谋求防止和消除机床振动的方法，以及研制抗振性更佳的机床。 买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 本文对机床的振动危害及减振方法做了一定的讨论及研究。机床的减振方法从理论上来说，一般有四种途径： 1、 减少激振力 P。 2、增大系统的阻尼 。 3、增大系统中的刚度 K。 4、提高系统的固有频率n或改变激振频率 ，以使两者远离。本文主要是对卧式铣床的振动减振系统的实验特性的研究，由于铣床的外部环境及本身构造在其的研究中可看做是不可改变的因素，所以可以实现的减振方法只有 附加谐振系统在振动结构上用以抵消原振动，以达到减振的目的。 故本文主要讨论的减振方法属于阻尼消振的一种，即安装减振器或类似结构以抵消卧式铣床悬臂梁本身的振动，以达到减振的目的。 本文的研究主要可以分为以下三个部分： 首先，参照 铣床，设计了一台用于减振试验的铣床模型机。铣床模型机模拟了铣床的主要结构，包括底座、立柱、刀轴等，并根据需要添加 了减振槽、挂架及相当于偏心轮的模拟铣刀等结构。盛放不同规格钢球的减振槽相当于一个阻尼消振器，利用钢球之间及其与槽壁之间的碰撞摩擦，消耗铣床模型机的振动能量，以达到减振的目的。 其次，是对模型机固有频率的测定。这是试验最基本和首要的一步，用以作为标准衡量之后减振试验效果的好坏。本文讲述了三种模型机的激振方法： 1、稳态正弦激励法：稳态正弦激励又称简谐激振，它是通过激振设备对被测试对象施加频率可控的简谐激振力，常用的激振设备是频带宽、波形好的电磁激振系统，由扫描信号发生器，功率放大器和激振器组成。 2、脉冲激励法 ：脉冲激振是用一把装有力传感器的锤子（又叫脉冲锤）敲击试件，它对试件的作用力为近似正弦波，其有效频率范围决定于脉冲持续时间，锤头垫愈硬越小，则频率范围愈大。使用适当的锤头垫材料可以得到要求的频带宽度，改变锤头配重块的质量和敲击加速度可调节激振力的大小。 3、施加偏心激振力法：在模型机设计中，在模拟铣刀上设计了一通孔，使模拟刀具相当于一偏心轮，在高速旋转的状态下，即对系统产生一离心激振力，对调频电动机转速进行调节可改变激振力的大小。在本次试验中，主要是利用正弦激励法测定了模型机的固有频率，由于时间和第 6 页 共 40 页 条件限制 ，脉冲法只做了一组用于对比，最后一种方法仅作为设想来介绍。 最后，减振试验由于是多因素，多水平试验，要得到全面准确的试验结果，工作量十分大。故 采用了科学的正交试验方案， 既 减少了试验次数，又可得出全面的结论。 正交设计（ 称正交设计（ ,它是利用规格化的正交表（ ，科学的安排与分析多因素试验的方法，使目前最常用的方法之一。正交表是指利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面实验方案中，挑选出少量具有代表性的实 验点，所制成的排列整齐的规格化表格。 在本次的实验中，安排了五组钢球减振实验以及一组沙子的减振实验。其中，钢球减振的前四组分别是根据钢球排列层数（包括两层及三层）、重量及规格设计的正交试验方案，第五组是一组为更好得到钢球大小和槽数对实验结果影响的对比而做的全面试验。另外，为对比钢球及其他材料的减振效果，还做了一组根据沙子重量设计的正交试验。六组实验的数据对比及结果分析从一定程度上说明了利用钢球减振的可能性。 在对振动问题的研究分析之外，本文也对现今国内外机床动态性能的研究作了一定的介绍，并指出了未来的研究趋 势。 在本文的撰写过程中，参考了大量有关机床振动、动力学及冲击测试、试验模态分析等的有关书籍，并且得到了指导老师及同学的帮助。但由于时间及条件限制，可能存在一些不足之处，希望评阅老师指出并原谅。 第 2 章 机床振动问题的分析 2 1 机床减振问题的提出 机床工作时产生振动，不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量 ，而且还要降低生产效率和刀具的耐用度。振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能，不仅如此，伴随振动所产生的噪声可能刺激操作工人，引起疲倦，导致工作效率下降。故振动问题必须引起我们足够的重视。 当开动机床进行加工时，由于机床各运动部分彼此发生一定规律的相对运动，因而其摩擦表面上必然有摩擦力作用着。机床 迴 转部分不平衡等买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 因素必将使 迴 转系统受到离心力的作用。切削过程中刀具切入工件去除金属层，将会使整个机床系统受到切削力作用。这些作用力并非保持常值，有的是周期性变化的，有的可能同系统某些元件的刚度轴线有一定的方位关系等。这些力在某些条件下会起一定的激振作用，从而使整个机床系统或其零部件发生各种类型的振动。机床振动一般分为三大类： 1、自由振动2、受迫振动 3、自激振动。 铣床的振动主要与切削过程有关，它包括 由于铣刀齿间断切削和切削截面积变化所引起的受迫振动，以及由于切削力的变化所激发的颤振，从抗振角度来看，铣床是在繁重的条件下工作的，这是由于： 1、切削力的变化较大。 2、切除薄而宽的切屑，特别是用圆柱铣刀铣平面时。 3、在使用最普遍的升降台铣床上，工作台必须按三个互相垂直的方向相对于主轴移动，这样就影响到铣床的刚度。 综上所述，机床振动是必须引起注意的一个重要的问题。随着科学技术的飞跃发展，对机器零件的制造精度和表面质量提出了更高的要求，从而使机床振动问题的研究成为研制、生产和使用机床部门必须面对的重大课题。研究 机床振动的目的，在于探究机床振动发生的原因，谋求防止和消除机床振动的方法，以及研制抗振性更佳的机床。 本文主要是针对卧式铣床的振动及减振问题的研究。 2 2 机床振动产生的原因及减振方法 2 2 1 机床振动产生的原因 机床振动按产生的原因一般分为：自由振动、受迫振动、自激振动。一般来说，我们主要是研究受迫振动及自激振动的产生原因，并寻找减少及消除这两种振动的方法。 1、自由振动：自由振动是指当系统的平衡被破坏，只靠其弹性恢复力来维持的振动。振动系统作自由振动时的频率就是系统的固有频率。 2、受迫振动 ：受迫振动是指在外激振力扰动下激发的振动。例如在车床，铣床和磨床上，常见到迴转主轴系统的受迫振动，其频率取决于迴转第 8 页 共 40 页 主轴系统的转速。发生受迫振动的原因是多种多样的，主要振源有以下这些： （ 1）地基引起的机床振动。一般说来，如果不把机床与地基的振动隔绝起来，那么要在机床上加工出精度和表面光洁度很高的零件是不可能的。地基振动程度的大小取决于两个因素，一是由附近设备和通道运输引起的振动强度，二是土壤，楼板和建筑承载结构的谐振特性。地基的固有振动频率常在由上述设备产生的激振力的频率范围内。 （ 2）高速迴转的机床不平衡 部件和工件引起的振动。当机床的迴转运动装置工作时，最强烈的受迫振动就是不平衡部件高速迴转时所产生的激振力。例如电机的转子、主轴部件，装刀具的不平衡的刀杠。由此引起的受迫振动的频率，大致是这些部件每秒钟相应的转速。当用迴转刀具工作时，例如在坐标镗床或金刚镗床上，强烈的振源来自刀具系统主轴部件的不平衡度。 （ 3）机床传动机构的缺陷所引起的振动。制造不精确或安装不良的齿轮会产生周期性的力而传动到机床迴转或移动部件上，并在一定条件下可能成为受迫振动的振源。皮带传动中皮带的接头，三角皮带制造上的缺陷，轴承滚动体的不均 匀等都会引起受迫振动。 （ 4）切削过程的间歇特性引起的振动。在许多情况下，加工方法本身导致切削力的周期性变化，这种变化是由于刀齿间歇地依次工作所引起的。在铣削加工时，一个周期性变化的切削力作用在铣刀上，在间歇切削时这个力的峰值是很高的，从而使铣床主轴系统承受更大的负荷。从动力学的观点来看，如果铣床使用不同刀齿数的铣刀，就一定会碰到各种可能的频率，当切削力的某些频率接近传动系统的某些扭转振动的固有频率时，会有一些危险。 （ 5）往复运动的机床部件的惯性力所引起的振动。具有往复运动部件的机床中，最强烈的振源就是部 件改变运动方向时所产生的惯性力。 3、自激振动：自激振动是指 机械系统由于外部能量与系统运动相耦合，（即系统的非振荡性能源通过反馈装置）形成振荡激励所产生的振动，当买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 振动停止，振荡激励随之消失。振动频率接近于系统固有频率。此外，还有机床工作台等移动部件在低速运行时所发生的张弛摩擦自激振动（俗称爬行）。 在自激振动中，把金属切削过程中表现为刀具与工件之间强烈相对振动的一种称为“颤振”。机床颤振一般分为两类：第一类颤振出现于未经切削加工的毛胚表面。当第一次切削毛胚时在加工表面留下波纹（振纹）。这种颤振称为“初生颤振 ”。第二类颤振是在经过一次切削加工并留有振纹的工件表面进行第二次切削加工时形成的。 发生自激振动的原因，主要有以下这些： （ 1）切削过程中，由于存在欠阻尼特性而引起初生颤振。 （ 2）前一次在工件表面产生的振纹，将使第二次走刀的切削深度发生周期性的变化，从而产生交变力而加强颤振。 （ 3）由于机床结构本身特性所引起的机床颤振。 2 2 2 减振方法的讨论 一般说来，许多弹性振动部件系统都可背简化成单自由度振动系统，其振幅的一般表示为： 2222114 （ 式中 :A 振幅。 P 激振力。 K 系统刚度。 n 固有频率。 激振频率。 阻尼。 由上可知，为了减少机床振动时的振幅 A，一般说来可以通过四个途径： 1、 减少激振力 P 2、增大系统的阻尼 第 10 页 共 40 页 3、增大系统中的刚度 K 4、提高系统的固有频率n或改变激振频率 ，以使两者远离 目前机床减振主要方法由如下几方面： 1、 消除机床受迫振动的方法。在确定引起机床振动的振源后，一般可 采取下述措施： （ 1）减少外激振力。 （ 2）改变振源频率。在选择转速时，使可能引起受迫振动的振源的频率离机床主轴等部件的固有频率远一些，即要符合下列要求： 0 . 2 5 0 . 3（ 式中： 机床主轴等部件的固有振动频率 ( f 外激振力的频率 ( （ 3）采取隔振措施。主要分为两种，一是积极隔振，即阻止振动由振 源传到地基而外传。二是消极隔振，阻止由地基传来的振动进入机床。目前隔振材料主要是橡皮、金属弹簧、软木等。 （ 4）减少惯性力。采用平稳的换向机构，保证换向机构没有间隙，用 焊接的钢板结构或轻合金制造的结构，以减轻往复移动或摆动的构件的重量。 2、设计 机床时提高机床的抗振性。机床设计过程中要解决的问题，提高其抗振性只是其中一方面，但在精密机床和重型机床的设计中，这方面的考虑也是十分必要的。从总的原则来看，机床结构要力求刚度高，重量轻，阻尼好。提高机床抗振性的途径主要有以下几方面： （ 1）提高机床系统的刚度。在机床中直接影响抗振性能的因素主要是 在切削力传递的循环路线中最薄弱的环节刚度，对于一种类型的机床可以通过试验测量切削力传递循环路线的静挠度和动挠度曲线中斜率发生突变的区域来找这些薄弱环节。 （ 2）增大系统的阻尼。在机械系统中，阻尼力虽小，但对系统运动 特 性影响最大。阻尼是决定机床发生受迫振动或颤振振幅大小的主要因买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 素之一，增大机床结构阻尼是提高机床抗振性的一个极其有效的措施。 （ 3）调整系统的固有频率。调整系统的固有频率n，使其远离激振频率 ，对提高系统的抗振性是比较有效的。在实践中，改变机床某些可移动部件的相互位置，调整轴承的间隙等，在一定程度上都能起到调整系统固有频率的作用。 3、设计减振器。在通过调整机床本身的方法不能有效的消除机床已发生的振动时 ，就只能采用附加的专用装置 减振器，以吸收或耗散激振的能量。减振器按工作原理分为两类 , 一是吸振器 靠吸收激振能量来达到减振目的。二是阻尼器 靠阻尼作用来耗散激振能量，通常也称为消振器。 2 3 本课题的提出 由于振动问题的研究在科研及生产中的重要作用，故在对其的理论研究之外，需要更深一步的通过模拟试验研究，将理论分析上升到实践中。本文主要是对卧式铣床悬臂梁系统振动减振问题的模拟实验研究，在对振动及减振问题做了一番讨论之后，发现通常增加系统的刚度是有限的，减轻主振系统的质量又涉及到刚度，往往会使其 刚度受到影响，而且对已制造好成型的机床来说，刚度和质量为确定值，必须重新改造，经济上来说是一种浪费，所以具体可以实现的减振方法只有附加谐振系统在振动结构上用以抵消原振动，以达到减振的目的。 在本次设计中，主要采用钢球减振，钢球减振的原理应该属于动态吸振的方式。该方式的工作原理是：以一个电子或机械的谐振系统附加在振动结构上去抵消原振动，从而达到减振的目的。钢球是附加的系统，振源的振动通过机床与钢球的接触传递给钢球，引起钢球振动，吸收了振源振动的能量，从而达到减小振动振幅的目的。根据这一原理知道为了增大减振效果 应该增大附加系统阻尼，并且使附加系统在机床工作频率内不发生共振，即使附加系统共振频率远离机床共振频率。具体在钢球上就应该使每一个钢球的共振频率都不一样，并且两两之间的共振频率相隔越大越好，为此，可以使钢球的直径范围大一些，种类多一些，材料上，可以选择密第 12 页 共 40 页 度大一些的材料，并且可以不采用一种而是采用多种材料混用的方式来提高减振效果，例如，沙子及其他材料 。 本次的模拟试验主要是以参照 用正交表安排减振槽中钢球的不同排放方式，以寻求最佳的减振效果。 第 3 章 铣床模型机的设计 3 1 床的介绍 参照左图， 铣床的构造介绍如下： 床身 ：床身为机床的主体，用来支买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 持和连接机床其他的部件。床身前臂有燕尾形垂直导轨，升降台可沿此导轨上下升降。床身顶部是水平导轨，横梁沿此导轨来回移动。床身后面有电动机。床身内部有齿轮变速结构。通过床身外面变速操纵机构，使主轴获得 18 种转速。 横梁 ：横梁用来支承刀轴。横梁在床身顶部的水平导轨上移动，可以 图 3铣床外观图 根据需要调整横梁伸出的长度，它的端部 可安装支承架。 支承架 ：支承架悬挂在横梁上，用来支承刀轴，以免在铣削时刀轴发生振动和弯曲。 升降台 ：升降台用来支承工作台，并带动它沿着床身垂直导轨上下移动。升降台安装有进给电动机，进给变速箱和进给传动机构等一套完整的进给系统。 进给变速箱 ：进给变速箱主要用来改变工作台和升降的进给速度。 纵向工作台 ：纵向工作台用来安装虎钳、分度头、圆形工作台及各种夹具、工件带动工作台作纵向进给，为安装限位挡铁，在纵向工作台一侧有一条 横向工作台 ：横向 工作台在升降工作台的上面。用来带动纵向工作台作横向移动。 转台 ：转台是区别万能卧式铣床与普通卧式铣床的标志，它在横向工作台和纵向工作台之间，可使纵向工作台反转 45。 刀轴 ：刀轴也称为刀杆。用刀轴来安装铣刀，它的一端为锥柄，紧固在主轴锥孔中，另一端由横梁上悬挂的支承架支承。 主轴 ：主轴用来安装、紧固铣刀轴并带动铣刀旋转，它与主轴变速机构、主电机一起组成铣床的主传动系统。 主轴变速箱 ：主轴变速箱里的齿轮用来带动主轴旋转和改变主轴转速。 底座 ：底座用来盛冷却润滑液，支承床身并承受机床全部重量。 3 2 模型机 的设计 第 14 页 共 40 页 3 2 1 模型机总体结构设计 图 3铣床模型机外观图 参照 计铣床模型机外形如上图： 为了提高机床的抗振性，采取了以焊接方式做成的模型机结构，焊接床身由于焊缝能耗散能量，比一般设计的铸铁床身（它仅靠材料内摩擦的阻尼性能）具有较好的阻尼性能，而增大机床的机构阻尼是提高机床抗振性的一个极其有效的措施，用薄钢板加筋的焊接结构，比一般铸铁床身刚度大，重量轻，从而提高了床身的固有频率，改善了抗振性能。 模型机的外 部结构主要由减振槽、立柱、底座、挂架几部分组成。总体尺寸满足 长 695，宽 200，高 450要求。 减振槽是模型机中重要的部分，与立柱、挂架连接，是由钢板焊接成的三个开口槽，在减振实验中用以盛放相当于谐振系统的钢球，减振槽的悬臂端是模型机柔性最大的地方，用以安装激振器、加速度传感器及力传感器。挂架以 以安装轴承。立柱以 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 座连接，起支承作用。底座外观如图 3在其中加有横向加强板。 减振槽、立柱、底座的具体尺寸见零件图，均采取 板焊接而成，并且立柱孔与挂架孔满足同轴度要求。 3 2 2 模型机内部结构选型 参考 轴直径有 22、 27、 32 模型设计中考虑到强度要求，选取 27结构见零件图。 轴承采用深沟球轴承，一端用轴用弹性挡圈及孔用弹性挡圈分别固定轴承内外圈，另一端只由轴用弹性挡圈固定轴承内圈，采用这种一端固定方式，当轴受热后可以向另一端伸长，不会产生热应力。参考机械设计手册选择深沟球轴承代号 6304，外形尺寸摘自 276用及孔用弹性挡圈外型尺寸摘自 料采用 65处理硬度为4754. 有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部之特点。 作环境温度不超过 +400 C，相对温度不超过 95%，海拔高度不超过 1000m，额定电压380V，频率 50模型机振动实验为空运转实验，故采用小功率电动机。据机械设计手册 录，选择 电动机 ,载转速 1390 同步转速 1500 质量 17择机座不带底脚，端盖有凸缘型电动机。 联轴器采用套筒联轴器，材料为 45 钢，采用 6 6的普通平键与轴连接。 在连轴器与挂架之间轴上 ,设计了一阻尼动力吸振器，它采用微孔橡皮衬垫以达到吸振减振目的，这种吸振器利用橡皮衬垫做弹性元件，有附加阻尼作用，因而能消除频率范围稍宽的振动。但由于实验设备有限，此设计结构仅做为设想出现在装配图中，实验模型机上并没有采用。 刀具外形参照直 面三面刃铣刀，采用 8 7 的普通平键连接，轴向由轴肩及套筒固定，具体尺寸见装配及零件图。刀具上钻一孔，在空运转中实验中起偏心力作用，导致离心振动，但具体实验中由于时间及仪器问题，只详细做了稳态正弦激振实验，并未采用此方法激振。 第 16 页 共 40 页 第 4 章 固有频率的测定 4 1 固有频率的测定 4 1 1 测定固有频率的意义 机床是由许多零件所组成的多自由度系统。每一自由度对应有一固有频率，机床强迫振动的共振频率与系统无阻尼固有频率是很接近的 。在机床振动试验中，通常都是以共振峰值所对应的频率值作为各个自由度的固 有频率。对于自由振动来说，系统受到一次扰动，所获得的动能为 买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 电动式激振器 2202202 2)(2121 (式中 :A 最大振幅。 0f 固有频率。 v 振动速度。 当外来扰动的能量一定时， f 和 A 成反比，所以0幅 A 就减少。因此，提高固有频率后，可成比例的减少系 统的自由振动。对于强迫振动来说，干扰频率和部件的固有频率接近时，系统产生共振，振幅迅速增大。因此，应该使干扰频率远离系统固有频率，对于固有频率的高低是无关紧要的。对于切削振动，若能使系统各自由度合理安排，则刀具和工件之间的相对振动便会减小。在一般情况下，提高整个弹性系统的薄弱环节的固有频率，原则上可以提高系统的抗振性。 因此，对固有频率的测定是研究振动过程中基础的一步。测试设备包括下面几项： 1、激振设备：激振设备可输出激振力，用以激起结构的振动。最常用的激振设备是电动激振系统。 2、测量设备：测量设备由力传感 器，加速度传感器，电荷放大器等组成，最常用的力传感器和加速度传感器是压电晶体式的。 3、分析设备。 4、记录设备。 4 1 2 试验仪器介绍 在本次试验中采用的测试设备介绍如下： 首先，因为是小型的模型机，故采用电动式激振器，如右图 所示。它由弹簧壳体磁钢顶杆磁极板铁芯和驱动线圈等元件组成。驱动线圈和顶杆相固连，并由弹簧支撑在壳体上，使驱动线圈正好位于磁极所形成的高磁通密度的气隙中。当驱动线圈有交变电流通过时，线圈受电动力的作用，力通过顶杆传给试件，即为所需的激振力。 第 18 页 共 40 页 其次，测量设备包括以下几种： （ 1） 压电式力传感器：压电式 图 4电动式激振器 力传感器具有频率范围宽，体积小和动态范围大等优点，在频响函数测量中被广泛应用。工作时将它安装在被测物体受力点上，激振力通过它的晶体压电元件传递到物体上。压电元件受压力时则产生电荷，且电荷与所受压力成正比。一般都在压电片上通过预压弹簧施加以预压力。因此，它可以测拉、压两个方向的力。其辐值电荷灵敏度定义为输出电荷辐值 Q 与所受力辐值 （ 2）加速度传感器：在进行模态分析试验的响应测量时，目前用的最多的还是压电加速度计。它具有重量轻，体积小， 频响宽，灵敏度高的特点。某些晶体（如天然石英晶体或人工极化陶瓷等）在承受一定方向的外力产生变形时，其晶面或极化面上会产生电荷，即所谓的正压电效应。压电加速度计正是利用这种正压电效应制成的机电换能器。当它承受机械振动时，在它的输出端能产生与所承受的加速度成比例的电压或电荷量。目前常用的有压缩型和剪切型压电加速度计。 （ 3）电荷放大器：与压电式传感器最典型的配置线路是电荷放大器的输入与传感器的输出相连。电荷放大器基本上是一个具有反馈电容 （ 4）阻 抗传感器：为测量原点导纳，目前常采用压电晶体机械阻抗传感器，或称阻抗头，它把力传感器和加速度传感器做成一体，可测出同一点的激振力和响应。这种结构应确保上端的加速度计有尽可能高的基座刚度及力端压电元件下面的质量应尽量小。 再次，分析设备采用 买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 图 43562A 动态信号分析仪是一种双通道系统、频谱、波形分析仪。有时域和频域两方面的分析能力，它具有 10050测量范围和 80动态分析范围，因此，在机械、机电一体化控制系统中有着强大的分析解决问题的能力。 析仪的精密度和多功能性提出了一个新的标准。充分完整的测量和分析能力结合突出的特性使 测量、分析、设计电子机械和机械系统方面成为一个无价的工具。 基本操作是通过逻辑上面板按键群和面板显示器右边一组八个“软键”按键来执行的。面板上的按键是通过功能分类的而且可以执行三分之一的操作：能够直接操作例如开始测量、输入数据或是显示一 个“软键”按键菜单。“软键”按键也可以执行三分之一的功能：选择“ 1 ”功能例如测量模式，定义一个数据入口参数例如频率间隔和终止适当单位入口，如“ 是“ 4 2 稳态正弦激励法测固有频率 利用激振器对机床或其模型，在一定的部位上施加模拟的切削力进行交变加载，激起实验对象的受迫振动，并进行振动测量，从而确定机床或其模型的动态特性，这就是激振试验。激振方式分为绝对激振和相对激振两种。其中，绝对激振是指激振器悬挂于一个独立机架上对机床一个部件进行激振，相对激振则是指激振器安装在机床的一个 部件上而对另一个部件进行激振。在此次的正弦激励试验中，采用绝对激振方式。绝对激振中，激振器一般由软弹簧悬挂，为此，要求弹簧在 20300赫兹激励频率范围内均能在空间保持稳定，因而弹簧的固有频率必须很低，例如固有频率为 2赫兹的弹簧处于 20 赫兹激振频率下时其振幅极小，好象起了刚性支承的作用。因此，在本次试验中，采用相当于固有频率比较低的软弹簧效果的软第 20 页 共 40 页 橡胶绳悬挂激振器，并且，在对工件激振时注意到以下几点： 1、激振力施加在了模型机全长上最大柔性的位置（即悬臂梁系统悬臂端）。 2、垂直方向激振在工件下方进行，用了一柔性 较好的橡皮衬垫。 3、尽管实际切削时现在激振是在工件轴心方向。 稳态正弦激励又称简谐激振，它是通过激振设备对被测试对象施加频率可控的简谐激振力。常用的激振设备是频带宽，波形好的电磁激振系统，由扫频信号发生器、功率放大器和激振器组成。简偕激振是要在稳态下测定响应和正弦力的幅值比与相位差，幅值比为该激振频率时的幅值特性值，相位差为该激振频率时的相频特性值。为了测得整个频率范围内的频率响应，必须无级或有 级地改变正弦激振力的频率，这一过程称为频率扫描或扫描过程。在扫描过程中，必须采用足够缓慢的扫描速度，以保证测试，分析设备有足够的响应时间和被激对象能够处于稳态振动状态。对于激振力幅值，可进行恒力控制。其方法是采用高阻抗输出的功率放大器。通过恒定的输出电流来实现恒力，或通过力的反馈对激振信号进行“压缩”控制，实现恒力。 稳态正弦激励测试的步骤是： （ 1）、在选定的坐标位置，对试件施加激振力。 （ 2）、在选定的坐标位置，测量试件的振动响应。 （ 3）、分析力信号和响应信号，求得机械阻抗的各种数据。 （ 4）、输出、 记录所需的数据。 买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 本次试验中主要是采用这种方法测定固有频率，实验仪器及接法如下图： 图 4稳态正弦激励法测固有频率仪器及连接 实验中数据采集频率取 1是因为铣床的工作转速最高只能达到 3000 转 /分，固有频率肯定存在于 1内，故在测定固有频率时只需要在这个范围内测量就可以了。经过若干次的重复实验，发现测试的重复性较好，测出的模型机固有频率主要有五阶，大致是在 绘图仪绘制 幅频特性图，见附图 1。 4 3 脉冲锤激振法测固有频率 第 22 页 共 40 页 脉冲锤是一种产生瞬态激励力的激振器，它由锤体、手柄和可以调换的锤头和配重组成，通常在锤体和锤头之间装有一个力传感器，以测量被测系统所受锤击力的大小。 一般来说 ， 锤击力的大小是由锤击质量和锤击被测系统时的运动速度决定的 。 激励的频率范围主要由接触表面刚度决定，锤头的材料越硬则脉冲的持续时间越短，上限额率了能调整激励频率范围，通常使用一套不同材料的锤头。 当用脉冲锤进行冲击激励时，它相当于 对被测系统施加了一个半正弦波的力脉冲，如图 (a)所示。该类脉冲的频谱如图 (b)所示，在小于上限频率冲的频谱基本上是平坦的，般来说，锤头的材料越硬则脉冲的持续时间越短，上限额率 (a) 时间响应 （ b） 频率 图 4脉冲激励图 在测量固有频率的过程中，我主要是运 用稳态正弦激励法测定了模型机的固有频率，这是因为用脉冲锤测量时， 锤击力的大小是由锤击质量和锤击被测系统时的运动速度决定的 ，这里面人的因素占很大比例，需要一定的经验及力度，且重复性差，保证不了测试的精确度。故在本次实验中， 脉冲激振法仅仅作为对比，以下的减振实验中，均采用稳态正弦激励法测试。用绘图仪绘制脉冲激振幅频特性图，见附图 2。 第 5章 模型机的减振试验研究 买文档就送全套 纸 询 414951605 最新最全的优秀毕设 资料完整 答辩通过 5 1 正交实验原理 5 1 1 正交实验原理介绍 对多因素问题进行试验时，若对各因素不同的组合水平进行全面试验，工作量的一般是很大的。例 如四因素 3水平做 43 =81次试验，六因素 5水平要做 65 =15625次试验。因此要减少试验次数，又要得出全面的结论，这就需要用科学 的方法进行合理的安排，即对试验方案进行设计。 用正交表进行试验设计是目前应用较广的一种方法。 正交表是指利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面实验方案中，挑选出少量具有代表性的实验点，所制成的排列整齐的规格化表格。 因为正交表具有搭配均衡的特点，对正交表各列不同水平，从行的角度看去 是一个“完全”的 搭配，即做到了第 各个水平至少搭配一 次且每两个水平搭配次数一样，均衡公平。因此将试验中各因素对应于正交表的 列，则正交表的行便是因素各水平组合中搭配均衡的一部分，可以看成是所有 组合水平中均衡抽样的样本。若按行所对应的各个组合水平进行试验，便能减少试验次数，达到因素之间的均衡，同时提供比较丰富的试验信息，得到较好的组 合水平。 在试验中，正交表记号 的含义如下： 正交表基本上可分为两种形式，同水平正交表和混合水平正交表。同水平正交表是指各个因素的水平数相等的表格，当人们认为各个因素对结果的影响程度大致相同时，往往选用同水平正交表。混合水平正交表，是指诸因素的水平数不完全相等的正交表。当实验设计时，如感到某些因素 正 交 表 最多可安排的因素个数（表中列数） 因 素 水 平 数（ 表 中 字 码 数 ） 试验数（表中行数） L n ( t m) 第 24 页 共 40 页 更重要而希望对其仔细考察时，就可将其取多一些水平，这样既突出了重点，又照顾了一般。 正交表有下面两条重要性质： （ 1） 每列中不同数字出现的次数是相等的。 （ 2） 在任意两列中，将同一行的两个数字看成有序对时，每种数对出现的次数是相等的。 这两个性质合成为“正交性”，使实验 点在实验范围内排列整齐，规律，也使实验点在试验的范围内散布均匀，既“整齐可比，均匀分散”。 因此，在进行本次的减振试验中，由于对钢球及其他减振材料作多因素不同水平的全面试验，试验次数繁多，故采用科学的正交试验方法安排实验步骤。 5 1 2 正交表安排