塑料成形工艺与模具设计5-4.ppt

5-4 机械加工中的震动 一、加工中的振动及分类 二、强迫振动的描述 三、强迫振动的诊断和减消措施 四、自激振动的描述 五、自激振动的几种学说 六、自激振动的减消措施 数学描述 物体受力分析：外力 Px=Po sinωt 弹性力 kx 阻尼力 cx’ 运动方程： 其中第一项代表有 阻尼自由振动，振 幅衰减，为一瞬态 过程； 第二项代表等幅强 迫振动，为一稳态 过程： 最终得： （二）强迫振动的特征 1、由周期性激振力引起的，不会被阻尼衰减掉，振动本身也不能使激振力变化； 2、与外界激振力的频率相同，或是干扰力频率整数倍，而与系统的固有频率无关。 3、当频率比接近1时，λ=ω/ωo→1，产生共振； 4、振幅与各参数之间的关系： 干扰力幅值Po↑ → A2 ↑ 弹簧系数k ↑ → A2 ↓ 阻尼系数c ↑ → A2 ↓ 诊断 比较振动频率与振源频率 （1）频谱分析处理 （2）做环境试验，查找机外振源 （3）做空转试验，查找机内振源 减消措施 1、减小Po，消除振源激振力 2、隔振，尤其是外界振源 3、提高阻尼系数c，变化频率比λ，使其远离1。 4、采用减振器和阻尼器 5、减小冲击切削（改变刀具转速、改变机床结构、增加刀具齿数、减小切削用量、设计不等齿端铣刀） 自激振动的产生：无周期外力，由系统内部激发反馈产生的周期振动，其振动频率与系统固有频率接近。只开机不切削，工艺系统无自激振动。 自激振动系统包含四个环节：①不变（非振）的能源机构；②控制进入振动系统能量的调节系统；③振动系统；④振动系统对于调节系统的反馈，控制进入系统能量的大小。 例：皮带匀速运动，物体受摩擦力和弹簧力作用。 1、物体在A点时，运动速度v0 弹簧力等于摩擦力：F=Fo 2、物体与皮带的摩擦特性：v↑→Fv ↓, v ↓ →Fv ↑ 3、当物体受偶然力作用，在BC间运动时，有： B →C 时 v v0 F B →C Fo C →B 时 v v0 F C →B Fo 4、摩擦功： B → A区间，同向加速 v v0 v ↓ Fμ ↑ A → C区间，同向减速 v v0 v ↑ Fμ ↓ C → A区间，反向加速 v v0 v ↑ Fμ ↓ A → B区间，反向减速 v v0 v ↓ Fμ ↑ B →C：摩擦力作正功， 为B1C下的面积。 C →B：摩擦力作负功， 为B2C下的面积。 物体运动一个周期，摩 擦力作的功为正。 自激振动的特点： 1、自激振动为不衰减的振动，外部干扰只起初始作用； 2、自激振动的频率等于或接近于系统固有频率； 3、自激振动能否产生、振动大小，取决于每一振动周期内输入与消耗能量的对比情况。 1、负摩擦自振原理 刀具→物体，切屑→皮带，机床、刀架→弹簧 径向切削分力Fy随切削速度的增大先增后减，在曲线下降区域容易出现自激振动。 2、再生效应自振原理 外圆磨削：砂轮宽度B，每转进给量f，重叠系数定义为：μ=（B-f）/B 0 μ1 纵车纵磨时 μ1； 切槽、切断、横磨 钻削等 μ=1； 一般情况下 0 μ1； 重叠系数越大，越 容易产生自激振动。 切削再生自振产生过程： 3、振型耦合自振原理 将工艺系统的振动限制于平面振动，在偶然干扰力作用下刀架将沿 X1、X2两个刚度 方向振动。刀尖运动轨迹 为封闭椭圆，相位差不同， 运动轨迹不同。 当刀具从A经C到B做振入运动时，切削厚度较薄，切削力较小；而刀具从B 经D到A做振出运动时，切削厚度较大，切削力较大。在一个 振动周期中，切削力 对系统做正功大于做 负功，有多余能量输 入，系统将自振。 相位差与振动轨迹 首先，应区分是强迫振动还是自激振动。 1、消除、或减少产生自激振动的条件 （1）尽量减小重叠系数（抑制再生型自振） （2）尽量增加切削阻尼 减小刀具后角，可增大摩擦阻尼，切削稳定性提高，但太小也不好，以2-3度为好。也可在后刀面上磨出消振棱。 （3）考虑振型耦合影响，合理布置主切削力和小刚度主轴的位置 若振动系统的小刚度主轴X1位于切削力F与y轴之间时，容易产生自振（a），（b）抗振。 车床上车刀装在水平面上稳定性最差；