1、三面切書機(jī)振動(dòng)分析的階次跟蹤方法 文章編號(hào) 一一一 三面切書機(jī)振動(dòng)分析的階次跟蹤方法 易立新 , 王民 北京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù) 實(shí)驗(yàn)室 , 北京 摘要旋轉(zhuǎn)機(jī)械的固有特性導(dǎo)致其在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng) , 當(dāng)振動(dòng)過于強(qiáng)烈時(shí) , 會(huì)導(dǎo)致機(jī)器工作異常 , 甚 至產(chǎn)生生產(chǎn)事故 。 如何有效地控制振動(dòng) , 成為工程技術(shù)人員的一個(gè)重要研究課題 。 采用階次分析方法對(duì)三面切書 機(jī)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試分析 , 確定振動(dòng)產(chǎn)生的原因 。 為進(jìn)一步的控制和降低三面切書機(jī)的振動(dòng)提供參考和依據(jù) 。 關(guān)鍵詞振動(dòng)與波三面切書機(jī)階次跟蹤 振動(dòng)測(cè)試 中圈分類號(hào)珊文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 一 環(huán)姓刀召材藝 盯 盯 , , 而 , 沈 一一 一 一 對(duì)

2、于印后加工的裝訂生產(chǎn)線 , 當(dāng)其中的三面切 書機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值的時(shí)候 , 其振動(dòng)急劇增大 , 導(dǎo) 致工作異常 , 致使整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率無(wú)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(jī) 振動(dòng)異常產(chǎn)生的原因 , 為降低三面切書機(jī)的振動(dòng)及 結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供參考和依據(jù) 。 階次跟蹤方法 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)與機(jī)械的轉(zhuǎn)速有著密切的關(guān) 系 , 如機(jī)械轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量不平衡 、 軸線不對(duì)中 、 齒輪制 造精度較低等都會(huì)引起機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng) 。 一個(gè)單軸或 多軸組成的旋轉(zhuǎn)機(jī)械 , 其激勵(lì)主要是周期性激勵(lì) , 根 據(jù)傅立葉變換 , 周期性信號(hào)是 由基波信號(hào)和一 系列 頻率為基波整數(shù)倍的諧波信號(hào)組成 。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械

3、的激 勵(lì)信號(hào)也是由基波和諧波信號(hào)組成 。 機(jī)械系統(tǒng)會(huì)對(duì) 激勵(lì)產(chǎn)生同頻率的響應(yīng) 。 當(dāng)機(jī)械系統(tǒng) 的轉(zhuǎn)速改變 時(shí) , 激勵(lì)的頻率和幅值會(huì)隨著機(jī)械轉(zhuǎn)速的改變產(chǎn)生 變化 , 機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化 , 當(dāng)激勵(lì) 頻率與機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率接近或相等時(shí) , 機(jī)械系 統(tǒng)的振動(dòng)會(huì)急劇增加 , 導(dǎo)致機(jī)械工作異常 。 階次分析方法是識(shí)別旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)與旋轉(zhuǎn)速度 關(guān)系的重要方法之一 。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械升降速 時(shí) , 激勵(lì) 收稿日期 刀一 作者簡(jiǎn)介易立新 一 , 男 , 湖北人 , 碩士研究生 。 力頻率以及振動(dòng)信號(hào)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(duì)信號(hào) 的平穩(wěn)性要 求 。 因此不能

4、用常規(guī)的頻譜分析法進(jìn)行分析 。 為了 解決這一問題 , 在階次分析中 , 對(duì)振動(dòng)信號(hào)不再是等 時(shí)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(duì)振動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)變成了平穩(wěn)信號(hào) 。 在 角域內(nèi)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行譜分析得到的譜圖稱為階次 譜 。 譜圖中橫坐標(biāo)反應(yīng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速的 比值 , 即階次 , 縱坐標(biāo)反應(yīng)振動(dòng)信號(hào)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(dòng)幅

5、值隨轉(zhuǎn)速階次的分布 。 即橫坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速的階次 , 縱坐標(biāo)是振動(dòng)的幅值 。 三 維譜陣圖又稱瀑布圖是旋轉(zhuǎn)機(jī)械升 、 降速時(shí)振動(dòng) 信號(hào)分析的一種常用方法 , 以轉(zhuǎn)速 、頻率和幅值構(gòu)成 三維坐標(biāo) , 三維譜陣圖顯示了振動(dòng)信號(hào)頻譜隨轉(zhuǎn)速 的變化 。 由固有頻率引起的振動(dòng)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(dòng)頻率隨轉(zhuǎn)速變化 而變化 , 三維譜陣圖可識(shí)別機(jī)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(biāo) , 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(shí)別旋轉(zhuǎn)機(jī)械與轉(zhuǎn)速有關(guān)的振動(dòng)特性 。 年月噪聲與振動(dòng)控制 第期 實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)點(diǎn)和參考轉(zhuǎn)速的選取

6、實(shí)驗(yàn)儀器的選擇 本次實(shí)驗(yàn)采用 的儀器設(shè)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(cè)速計(jì) 。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?本次實(shí)驗(yàn)的目的是確定三面切書機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 振動(dòng)異常產(chǎn)生的原因 , 為降低振動(dòng)提供參考依據(jù) 。 機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)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(jī)機(jī)構(gòu)示意圖 圖三面切書機(jī)的傳動(dòng)圖 測(cè)點(diǎn) 安 排 , 如圖 所示 , 三 面切 書機(jī)運(yùn)動(dòng)主要 由兩部 分組 成 , 一是供紙 輪將紙傳送到 切 紙 的位置 , 當(dāng)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(dòng)刀架上下

7、運(yùn) 動(dòng) , 切刀隨刀 架上下運(yùn)動(dòng)完 成切紙 過 程 。 當(dāng)供紙導(dǎo)軌振 動(dòng)過大時(shí) , 導(dǎo) 致紙張定位不 準(zhǔn) , 切紙精度降低 。 刀架質(zhì)量較大 , 其重力作用在凸 輪上 , 是導(dǎo)致三面切書機(jī)振動(dòng)最主要的激勵(lì)源 。 因 此測(cè)點(diǎn)選擇在供紙導(dǎo)軌和刀架導(dǎo)軌上 。 由于切書機(jī) 的機(jī)架是箱體結(jié)構(gòu) , 并且結(jié)構(gòu)比較大 , 是整個(gè)機(jī)器的 薄弱環(huán)節(jié) , 在機(jī)架上也選擇幾個(gè)測(cè)點(diǎn) 。 參考轉(zhuǎn)速的選擇 。 圖是三 面切書機(jī)驅(qū)動(dòng) 凸輪運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng) , 為了測(cè)量的方便 , 選擇齒輪 的傳動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 三面切書機(jī)在空載

8、下加速 , 一直加速到空載允 許的最高轉(zhuǎn)速 , 即本 小時(shí) 。 當(dāng)切書機(jī)工作速 度接近本 小時(shí) , 振動(dòng)開始急劇增加 。 當(dāng)轉(zhuǎn)速 達(dá)到本小時(shí) , 切書機(jī)振動(dòng)變得十分劇烈 , 切書 圖三面切書機(jī)前階階次譜陣云圖 由于所有測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的譜圖比較類似 , 選擇 機(jī)架導(dǎo)軌振動(dòng)信號(hào)做分析 。 圖 、 圖分別是三 面 切書機(jī)機(jī)架導(dǎo)軌振動(dòng)信號(hào)的三維譜陣云圖 、 階次譜 陣云圖 。 從圖可以看出 , 在處 , 當(dāng)轉(zhuǎn)速超過 , 三面切書機(jī)振動(dòng)十分強(qiáng)烈 。 當(dāng)轉(zhuǎn)速超過 , 在處 , 三面切 書機(jī)同樣振 動(dòng)十分劇烈 。 而且振動(dòng)頻率沒有隨轉(zhuǎn)速增加而增加 。 因此三面切 書機(jī)在和附近存在固有頻率 。 從圖可以看出 ,

9、 在轉(zhuǎn)速階處 , 當(dāng)參考轉(zhuǎn)速接 近 , 即本每小 時(shí) , 振 動(dòng)開始劇烈增 加 。 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到左右時(shí) , 振動(dòng)達(dá)到最大 值 。 隨后 , 振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速增加開始逐漸減小 。 當(dāng)轉(zhuǎn)速 超過時(shí) , 在轉(zhuǎn)速階處振動(dòng)非常小 , 但在 轉(zhuǎn)速階次 , 振動(dòng)開始加劇 , 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到 時(shí) , 振動(dòng)幅值達(dá)到最大值 。 然后振動(dòng)逐漸減弱 。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械升降速的過程 中 , 當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的 激勵(lì)力基波及其諧波頻率接近或等于機(jī)械結(jié)構(gòu)的固 有頻率時(shí) , 在基頻或諧波頻率處激起的振動(dòng)較劇烈 , 當(dāng)激勵(lì)力基頻或諧波頻率離固有頻率較遠(yuǎn)時(shí) , 激起 的振動(dòng)越小 。 當(dāng)參考轉(zhuǎn)速達(dá)到時(shí) , 參考 轉(zhuǎn)速的階頻率和凸輪轉(zhuǎn)速的第八階頻率與固

10、有頻 率最接近 , 在轉(zhuǎn)速 的階處 , 三 面切 書機(jī) 的振動(dòng)較 大 。 從圖可以看出 , 三 面切 書機(jī)的固有頻率是 。 在階次處 , 當(dāng)轉(zhuǎn)速為時(shí) , 凸輪軸激 勵(lì)力 的次諧波頻率也 與固有頻率 接近 , 振 動(dòng)也較大 。 同樣的道理 , 在參考轉(zhuǎn) 三面切書機(jī)振動(dòng)分析的階次跟蹤方法 速的階處 , 當(dāng)參考轉(zhuǎn)速達(dá)到時(shí) , 凸 輪轉(zhuǎn)速的次諧波頻率與三 面切書機(jī)的固有頻率 接近 。 此時(shí)三面切書機(jī) 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(cè)尸一認(rèn) 日以一巾 川川呷一 圖切書機(jī)階次譜圖參考轉(zhuǎn)速 司 回 加 婦 九二甲 “ 二 比白 二

11、 湘“心 , 一 , 二腸腸 ”么 熱 卜儼八獷 牙 幼 聲 。, 諸、 一 圖切書機(jī)階次譜圖參考轉(zhuǎn)速 管激勵(lì)力較大 , 在參考轉(zhuǎn)速的階次處和 階次處 , 振動(dòng)仍小于時(shí)階次處的振動(dòng) 。 從上面的分析可知 , 導(dǎo)致切書機(jī)振動(dòng)異常最主 要的原因是參考轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生激勵(lì)力的基次頻率及 凸輪軸產(chǎn)生激勵(lì)力的八次諧波頻率與三面切書機(jī)的 固有頻率接近或重合 。 要提高三面切書機(jī)的工作轉(zhuǎn) 速 , 一種方法是改進(jìn)三面切書機(jī)的結(jié)構(gòu) , 盡可能提高 三面切書機(jī)的固有頻率 。 三面切書機(jī)采用的是偏心凸輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刀架上 下往復(fù)運(yùn)動(dòng) 。 刀架的重量作用在偏心凸輪 , 刀架越 重 , 激勵(lì)力越大 同樣轉(zhuǎn)速條件下 , 結(jié)構(gòu)振動(dòng)

12、 的響應(yīng) 也越大 。 因此 , 減輕刀架質(zhì)量也能夠降低三面切書 機(jī)的振動(dòng) , 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(jié)語(yǔ) 三面切書機(jī)的振動(dòng)異常主要原因是參考轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生激勵(lì)力的基次頻率及凸輪軸產(chǎn)生激勵(lì)力 的八次諧波頻率與三面切書機(jī)的 固有頻率重合 , 導(dǎo) 致三面切書機(jī)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng) 。 要提高三 面切書機(jī)的工作轉(zhuǎn)速 , 必須盡可 能的提高三面切書機(jī)的固有頻率 , 讓三面切書機(jī)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(jī)最主要的激勵(lì) 力 。 減小激勵(lì)力 , 有助于降低三面切書機(jī)的振動(dòng) , 應(yīng) 盡量減輕三面切書機(jī)刀架的重量 。 參考文獻(xiàn) , ,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(dāng)轉(zhuǎn)速為 時(shí) , 在轉(zhuǎn)速階處 , 測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度達(dá)到 而 , 當(dāng)轉(zhuǎn)速為時(shí) , 轉(zhuǎn)速階處振動(dòng)很小 , 而 階處和階處振動(dòng)速度分別為 而 和 。 但都比轉(zhuǎn)速為時(shí)轉(zhuǎn)速 階處振動(dòng)小 。 當(dāng)轉(zhuǎn)速為時(shí) , 參考轉(zhuǎn)速軸產(chǎn)生的激 勵(lì)力的基波和凸輪軸產(chǎn)生激勵(lì)力的八次諧波都與固 有頻率接近 , 當(dāng)轉(zhuǎn)速為犯時(shí) , 只有 凸輪軸產(chǎn)生激勵(lì)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(yuǎn) , 盡 巧 , , , , 一 , , 服 , 即