三面切书机振动分析的阶次跟踪方法.pdf

三面切书机振动分析的阶次跟踪方法 文章编号 一一一 三面切书机振动分析的阶次跟踪方法 易立新 , 王民 北京工业大学先进制造技术 实验室 , 北京 摘要旋转机械的固有特性导致其在运行过程中会产生振动 , 当振动过于强烈时 , 会导致机器工作异常 , 甚 至产生生产事故 。 如何有效地控制振动 , 成为工程技术人员的一个重要研究课题 。 采用阶次分析方法对三面切书 机振动进行测试分析 , 确定振动产生的原因 。 为进一步的控制和降低三面切书机的振动提供参考和依据 。 关键词振动与波三面切书机阶次跟踪 振动测试 中圈分类号珊文献标识码 一 环姓刀召材艺 盯 盯 , , 而 , 沈 一一 一 一 对于印后加工的装订生产线 , 当其中的三面切 书机的转速达到一定值的时候 , 其振动急剧增大 , 导 致工作异常 , 致使整条生产线的生产效率无法提高 。 为了提高生产线的工作效率 , 必须分析三面切书机 振动异常产生的原因 , 为降低三面切书机的振动及 结构改进提供参考和依据 。 阶次跟踪方法 旋转机械的振动与机械的转速有着密切的关 系 , 如机械转轴的质量不平衡 、 轴线不对中 、 齿轮制 造精度较低等都会引起机械系统振动 。 一个单轴或 多轴组成的旋转机械 , 其激励主要是周期性激励 , 根 据傅立叶变换 , 周期性信号是 由基波信号和一 系列 频率为基波整数倍的谐波信号组成 。 旋转机械的激 励信号也是由基波和谐波信号组成 。 机械系统会对 激励产生同频率的响应 。 当机械系统 的转速改变 时 , 激励的频率和幅值会随着机械转速的改变产生 变化 , 机械系统的响应也会产生相应的变化 , 当激励 频率与机械结构的固有频率接近或相等时 , 机械系 统的振动会急剧增加 , 导致机械工作异常 。 阶次分析方法是识别旋转机械振动与旋转速度 关系的重要方法之一 。 当旋转机械升降速 时 , 激励 收稿日期 刀一 作者简介易立新 一 , 男 , 湖北人 , 硕士研究生 。 力频率以及振动信号的频率随转速改变而变化 。 在 这种情况下 , 不满足傅立叶变换对信号 的平稳性要 求 。 因此不能用常规的频谱分析法进行分析 。 为了 解决这一问题 , 在阶次分析中 , 对振动信号不再是等 时间采样 , 而是采用等角度采样 , 即转轴每转过一定 的角度对振动信号采样一次 。 采样频率随转速变化 而变化 , 转速越高 , 采样频率越高 , 转速越慢 , 采样频 率越低 。 在角域 内 , 振动信号变成了平稳信号 。 在 角域内对振动信号进行谱分析得到的谱图称为阶次 谱 。 谱图中横坐标反应旋转机械振动频率与转速的 比值 , 即阶次 , 纵坐标反应振动信号的幅值 。 阶次分析的主要方法有阶次谱图 、三 维谱阵图 和阶次谱阵图三种形式 。 阶次谱图是二维谱图 , 它 显示 的是某一转速下振动幅值随转速阶次的分布 。 即横坐标是转速的阶次 , 纵坐标是振动的幅值 。 三 维谱阵图又称瀑布图是旋转机械升 、 降速时振动 信号分析的一种常用方法 , 以转速 、频率和幅值构成 三维坐标 , 三维谱阵图显示了振动信号频谱随转速 的变化 。 由固有频率引起的振动频率不随转速的变 化而变化 , 由转轴旋转产生的振动频率随转速变化 而变化 , 三维谱阵图可识别机械 的固有频率 。 阶次 谱阵图分别是以转速 、 阶次 、 阶次幅值谱为坐标 , 按 等速间隔排列的一组阶次谱图 。 它比三维谱阵图更 能精确地识别旋转机械与转速有关的振动特性 。 年月噪声与振动控制 第期 实验装置及测点和参考转速的选取 实验仪器的选择 本次实验采用 的仪器设备是丹麦公司的 巧多分析系统软件 , 配有 刃分析软 件 , 阶 次分析软 件 , 加速度传感 器 、 红外线测速计 。 实验目的 本次实验的目的是确定三面切书机高速运转时 振动异常产生的原因 , 为降低振动提供参考依据 。 机不能长时间正常工作 。 书书书书书书书书 助助 、 、 尹尹尸 户户 比比亡 图三面切书机机构示意图 图三面切书机的传动图 测点 安 排 , 如图 所示 , 三 面切 书机运动主要 由两部 分组 成 , 一是供纸 轮将纸传送到 切 纸 的位置 , 当切 纸完成 后 , 供纸轮又 将纸送离切纸 的位置 。 二 是偏心凸轮驱 动刀架上下运 动 , 切刀随刀 架上下运动完 成切纸 过 程 。 当供纸导轨振 动过大时 , 导 致纸张定位不 准 , 切纸精度降低 。 刀架质量较大 , 其重力作用在凸 轮上 , 是导致三面切书机振动最主要的激励源 。 因 此测点选择在供纸导轨和刀架导轨上 。 由于切书机 的机架是箱体结构 , 并且结构比较大 , 是整个机器的 薄弱环节 , 在机架上也选择几个测点 。 参考转速的选择 。 图是三 面切书机驱动 凸轮运动的传动系统 , 为了测量的方便 , 选择齿轮 的传动轴转速作为参考转速 。 齿轮与齿轮的转 速比 。 齿轮与凸轮同轴 , 参考转速与凸轮转 速比也是 。 实验结果及分析 三面切书机在空载下加速 , 一直加速到空载允 许的最高转速 , 即本 小时 。 当切书机工作速 度接近本 小时 , 振动开始急剧增加 。 当转速 达到本小时 , 切书机振动变得十分剧烈 , 切书 图三面切书机前阶阶次谱阵云图 由于所有测点振动信号的谱图比较类似 , 选择 机架导轨振动信号做分析 。 图 、 图分别是三 面 切书机机架导轨振动信号的三维谱阵云图 、 阶次谱 阵云图 。 从图可以看出 , 在处 , 当转速超过 , 三面切书机振动十分强烈 。 当转速超过 , 在处 , 三面切 书机同样振 动十分剧烈 。 而且振动频率没有随转速增加而增加 。 因此三面切 书机在和附近存在固有频率 。 从图可以看出 , 在转速阶处 , 当参考转速接 近 , 即本每小 时 , 振 动开始剧烈增 加 。 当转速达到左右时 , 振动达到最大 值 。 随后 , 振动随转速增加开始逐渐减小 。 当转速 超过时 , 在转速阶处振动非常小 , 但在 转速阶次 , 振动开始加剧 , 当转速达到 时 , 振动幅值达到最大值 。 然后振动逐渐减弱 。 旋转机械升降速的过程 中 , 当转轴旋转产生的 激励力基波及其谐波频率接近或等于机械结构的固 有频率时 , 在基频或谐波频率处激起的振动较剧烈 , 当激励力基频或谐波频率离固有频率较远时 , 激起 的振动越小 。 当参考转速达到时 , 参考 转速的阶频率和凸轮转速的第八阶频率与固有频 率最接近 , 在转速 的阶处 , 三 面切 书机 的振动较 大 。 从图可以看出 , 三 面切 书机的固有频率是 。 在阶次处 , 当转速为时 , 凸轮轴激 励力 的次谐波频率也 与固有频率 接近 , 振 动也较大 。 同样的道理 , 在参考转 三面切书机振动分析的阶次跟踪方法 速的阶处 , 当参考转速达到时 , 凸 轮转速的次谐波频率与三 面切书机的固有频率 接近 。 此时三面切书机 固有频率是 。 同 志加湘 、 二待 七一口 目, , , “ , 二 七 二翻 七 瀚 瀚 。 二目 一 侧尸一认 日以一巾 川川呷一 图切书机阶次谱图参考转速 司 回 加 妇 九二甲 “ 二 比白 二 湘“心 , 一 , 二肠肠 ”么 热 卜俨八犷 牙 幼 声 。, 诸、 一 图切书机阶次谱图参考转速 管激励力较大 , 在参考转速的阶次处和 阶次处 , 振动仍小于时阶次处的振动 。 从上面的分析可知 , 导致切书机振动异常最主 要的原因是参考转速转轴产生激励力的基次频率及 凸轮轴产生激励力的八次谐波频率与三面切书机的 固有频率接近或重合 。 要提高三面切书机的工作转 速 , 一种方法是改进三面切书机的结构 , 尽可能提高 三面切书机的固有频率 。 三面切书机采用的是偏心凸轮结构驱动刀架上 下往复运动 。 刀架的重量作用在偏心凸轮 , 刀架越 重 , 激励力越大 同样转速条件下 , 结构振动 的响应 也越大 。 因此 , 减轻刀架质量也能够降低三面切书 机的振动 , 提高工作转速 。 可 以通过采用轻质的铸 铝件代替铸铁件做为刀架的材料 。 结语 三面切书机的振动异常主要原因是参考转 速转轴产生激励力的基次频率及凸轮轴产生激励力 的八次谐波频率与三面切书机的 固有频率重合 , 导 致三面切书机产生剧烈的振动 。 要提高三 面切书机的工作转速 , 必须尽可 能的提高三面切书机的固有频率 , 让三面切书机的 固有频率避开阶转速的频率 。 刀架的重 量是 三面切书机最主要的激励 力 。 减小激励力 , 有助于降低三面切书机的振动 , 应 尽量减轻三面切书机刀架的重量 。 参考文献 , ,几 ,飞 厂 一一匕 取出转速分别为的阶次图图和 的阶次图图 , 当转速为 时 , 在转速阶处 , 测点振动速度达到 而 , 当转速为时 , 转速阶处振动很小 , 而 阶处和阶处振动速度分别为 而 和 。 但都比转速为时转速 阶处振动小 。 当转速为时 , 参考转速轴产生的激 励力的基波和凸轮轴产生激励力的八次谐波都与固 有频率接近 , 当转速为犯时 , 只有 凸轮轴产生激励力的谐波频率与固有频率 接近 , 参考转速的基波频率与固有频率相隔较远 , 尽 巧 , , , , 一 , , 服 , 即