（纺织工程专业论文）cm500型精梳机主轴箱的振动分析与优化.pdf

摘要 摘要 棉纺工程中精梳是提高成纱质量的关键工序，随着国内外市场对成纱质量要求的不 断提高，精梳工序的地位比过去显得更加重要。研究高效能精梳机成为棉纺织机械的重 要课题。随着精梳机车速的提高，其振动更加明显，振动问题一直是困扰精梳机车速提高 的瓶颈，因而深入研究精梳机主轴箱的振动，具有较高的学术研究价值与生产实践指导 意义。 本课题运用测试基本理论，采用动态测试法对c m 5 0 0 型精梳机在3 5 0 、4 0 0 、4 5 0 、 5 0 0 r p m 车速下的九个测点进行振动测试和分析，发现了精梳机的振动主要集中在车头 箱的中间轴系统和钳板机构的规律。 运用a d a m s 软件的基本理论，建立了精梳机钳板机构的机械模型，对钳板摆轴的 运动特性进行了分析，求出了钳板摆轴为7 7 5 m m ，转速为3 5 0 转m i n 时，钳板的角位 移、角速度及角加速度，并利用a d a m s 软件中参数化分析模块对钳板机构传动进行优 化分析，得到了钳板运动中冲击力明显减少时的最佳曲柄半径的长度。 为了创建具有复杂特性的零件，利用三维软件s o l i d w o r k s 建立了中间轴系统的模 型，发现了中间轴系统存在一定的偏心，工作时产生的离心力是引起振动的主要问题之 一。根据机械原理动平衡理论找到了法兰盘、定时调节盘、1 3 8 牙齿轮三者的质心位置 关系。把定时调节盘、1 3 8 牙齿轮、法兰盘三者调整为无偏心结构时，对轴支反力的影 响，发现法兰盘、定时调节盘对整机的振动影响较大，最后利用添加重量法，调整法兰 盘的质心位置，变为无偏心结构。得出了偏重块的质量为m = o 0 1 4 k g ，根据f = m 半r 一定 得原则，根据实际情况，在m 和，的大小固定的情况下，合理选择r 即可。为精梳机的 进一步减振提速提供了方法和依据。 关键词：精梳机；a d a m s ；动态分析；机构优化 a b s 仃a c t a b s t r a c t c o m b i n gi s t h ec r i t i c a lp r o c e s st oi m p r 0 v et h ey a mq u a l i t yi nt h ec o t t o ns p i i l l l i n g e n 西n e e r i n g w i t ht h eu n c e a s i n gr e q u i r e m e n to fy a mq u a l i t yi n t h ed o m e s t i ca n df o r e i g n m a r k e t s ，t h ep o s i t i o no fc o m b i n gp r o c e s s 印p e a r e dm o r ei m p o r t a n t t h a ne v e r s t u d y i n g h i 曲- e 衔c a c yc o m bh a sb e e nt h ei m p o n a n ts u b j e c ti nc o t t o nt e x t i l em a c h i n e 够a c c o r d i n gt o m ev i b a r a t i o na 1 1 dn o i s eo fc m 5 0 0c o t t o nc o m b e r ，ad y n 锄i cb a l a n c es i m u l a t i o nd e s i g ni s p r o p o s e d a n di t sv i b r a t i o na n dn o i s ea r ed e c r e a s e dt h r o u g l lt 1 1 ed y l l 锄i cb a l a i l c ed e s i 盟o f s o m ep a r t so a n di si m p r o v e d t h i sa n i c l ef i r s t l yu s i n gt h em e m o do fd y l l 锄i ct e s t ，c m 5 0 0c o t t o nc o m b e r sn o i s ea r e t e s t e da n da n a l y z e dw r h e ni tw o r k sw i t hr o t a t es p e e do f3 5 0 ，4 0 0 ，4 5 0 ，5 0 0m ma i l dm e v i b r a t i o ns o u r c ea n dn o i s es o u r c ea r ef o u n d s e c o n d ，i n f i o m a t i o ni n q u i qb yl e 锄i n gc a d a 1 1 do t h e r3 ds o 胁a r e ，m ef i r s tb o xo nt h e l o c o m o t i v ec o m b i n gat h r e e d i m e n s i o n a ls 0 1 i dm o d e lc r e a t i o n ，a n dm u l t i - b o d yd y n a m i c s s i m u l a t i o nm o d e l ，i n t r o d u c e dm er e l a t e ds o r w a r ea n dm o d e l i n gm e o r y ，f o rt l l en e x tc o 瑚l b e r m u l t i b o d yd y i l a m i c ss i m u l a t i o no ft h ed e s i 盟a i l ds i m u l a t i o no f t h em e o r e t i c a lb a s i s i no r d e rt oc r e a tp a r t sw i t hc o m l p l e xf e a t u r e s ，c r e a t e du s i n gs o l i d w o r k s3 ds o f t w a r e m o d e lo fm ei n t e m e d i a t es t a f fs y e s t e ma n df o 蚰dt h e r ea r es o m ei n t e m e d i a t es h a re c c e n t r i c s y e s t e m t h ec e n t r i m g a lf o r eg e n e r a t e dw h e nt h ew o r ki so n eo fm em 旬o rp r o b l e m sc a u s e d b yv i b r a t i o n a c c o r d i n gt om e c h i l i c a l ，p i n a p l e so fd y l l 锄i cb d l a n c et h o r yt 0 f i n dm ef l a n g e t i m i n ga d j u s t m e n tp l a c e ，138 r o u d so ft h et e e t hm ec e n 呐i dr e l a t i o n s h i p 1 1 1 et i m e a d i s u t m e n t 1 3 8t o o t ht e e mt h ec e n t r o i dr e l a t i o n s l l i p t 1 1 et i m ea d j u s 乜1 1 e n tp l a c e 1 3 8 t o o m w h e e l ，a d j u s t e df o rt h en o n n a n g et h r e ee c c e n t r i c i 够s t m c t u r cs u p p o n e d o nt h es h a rr e a t i o n f o r c ea n df o u n dt h a tn a n g et i m i n ga d j u s e m e n tv i b r a t i o nm a c h i n ea 黟e a t e ri m p a c to nm ee n d t oa d dw e i 曲tl a w ，a d j u s t i n gt h en a n g eo ft h em a s sc e n t e rp o s i t o nb e c o m e sn o n e c c e n t r i c s t m c t l j r e e m p h a s i so nt h eq u a t i l yo f b l o c ko b t i a j l e df o rt h em = o 0 1 4 k g ，m u s tb ea c c o r d i n g t o t h ep r i n c i p l e ，a c c o r d i n gt ot h ea c t m a ls i t l l a t i o nt h ema l l dm es i z eo fm ef i x e dc a s e ，m e r e a s o n a l b ec h o c i ec a nb e t h e 向r t h e rc h a i 】1 p i n gs p e e dc o m b i n ep r o v i d e sam e t h o da i l db a s i s k e y w o r d s ：c o m b e r ；a d a m s ；d y n 锄i ca 1 1 a l y s i s ；m e c h a n i s m ；o p t i m i z a t i o n i i 目录 目录 摘 要一i a b s t r a c t i i 目录i 第一章绪论1 1 1 课题的研究背景1 1 2 国内外的研究现状2 1 2 1 国外现状2 1 2 2 国内现状2 1 3 论文研究的目的与意义3 1 4 论文的主要内容3 第二章精梳机振动信号测试与分析5 2 1 相关测试理论与方法5 2 1 1 测试的目的5 2 1 2 信号分析方法6 2 2 精梳机振动测试8 2 2 1 测试准备及信号采集8 2 2 2 信号分析9 2 3 本章小结lo 第三章精梳机钳板机构的模型及动力学设计分析1 1 3 1a d a m s 软件及其建模理论1 1 3 1 1a d a m s 中的零件1 1 3 1 2 a d a m s 中的约束和运动1 2 3 1 3a d a m s 中的作用力1 2 3 2a d a m s 中参数化分析简介1 2 3 3 精梳机钳板机构的机械模型函数1 4 3 3 1 曲柄滑块机构1 4 3 3 2 钳板摆轴的运动特性1 4 3 4 钳板摆轴优化设计1 6 3 4 1 钳板传动机构参数化建模仿真17 3 4 2 钳板传动机构的优化设计1 9 3 5 本章小结2 0 第四章精梳机中间轴运动学仿真与优化2 l 4 1 创建中间轴c a d 模型2l 4 1 1c a d 建模软件2 1 4 1 2 中间轴的c a d 模型一2 1 4 2 中间轴系统的动平衡优化2 2 4 2 1 模型的建立及质量属性的分析2 2 4 2 2 设计变量2 3 4 2 3 建立目标函数2 4 目录 4 2 4 完成优化分析2 5 4 3 箱内各零件偏心的影响2 7 4 3 1 定时调节盘的影响2 7 4 3 2 法兰盘的影响一2 8 4 3 31 3 8 牙齿轮的影响2 9 4 4 改进方案的提出3 0 4 5 本章总结3 2 第五章结论与展望_ 3 3 5 1 总结3 3 5 2 存在的问题与不足3 3 致谢3 4 参考文献3 5 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文3 7 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的研究背景 加快我国纺织业的发展，用高新技术改造传统纺织行业，将是2 1 世纪最重要的产业 政策。当前加快精梳机和精梳产品的发展，也是“十一五”期间棉纺织行业结构调整的 重点之一。因为只有提高纺织产品的质量和档次，才能增强纺织产品在国内外市场的竞 争力。我国目前精梳机的数量约有1 5 0 0 0 台左右，而精梳纱占纱的总产量比重为1 7 左右， 因此无论是精梳机的比重还是精梳纱占总量比重，与工业发达国家相比，还有较大距离。 并且我国大多数精梳机老化情况严重，更重要的是近十年仍存在着低水平的重复建设， 这不但浪费了大量的人力、物力和财力，还严重地影响着产品的质量和新产品的开发。 目前，从国外引进的高效能精梳机的实际使用的最高钳次可以达到5 0 0 钳次m i n 而国内 机型的实际使用最高钳次只能达到3 0 0 钳次m i n ，且低效能精梳机所占比例较大，为了 提高精梳产品的产量，我们需要提升它的车速，车速提高相应带来了精梳机的振动问题， 严重影响了精梳纱的质量。 精梳机用于棉纺精梳工序，主要是依赖精梳机的紧凑而又正确的间歇性运动，使棉 卷的棉层在有效的握持状态下进行梳理，使棉层中的短绒、棉结、杂质与纤维疵点得以 清除，且进一步的分离纤维，提高纤维的伸直平行度【2 】。 瑞士立达公司在第七届中国国际纺机展览会上首次宣称利用计算机辅助工程设计 精梳机，对e 6 0 型精梳机的工艺设计、气流工况和运动设计等七个方面进行了上万次的 优化、计算，推出了e 6 2 型精梳机，又在2 0 0 4 年第九届国际纺织机械展览会上推出了 e 6 5 型精梳机，利用计算机仿真手段可解决纺织产业中出现的问题【4 】。 随着计算机技术的广泛应用和不断发展，它的仿真技术已经进入一个全新的阶段， 它是现代机械设计不可缺少的重要工具和手段。计算机仿真技术是以多种学科和理论为 基础，以计算机及其软件为工具对系统进行实验研究的方法体系。它是以系统实验为目 的，建立系统模型，并在不同的条件下，利用计算机对模型进行动态实验的一门综合性 技术。由于研究过程中，试验的建模、分析、修改、测试都是在计算机上进行的，因而 快捷有效，而且通过仿真试验的反复进行，排除了机构运动时的大多数的动力学故障， 从而大大降低了后期物理样机试验的失败掣。 以机械系统运动学和动力学仿真技术为核心的机械工程动态仿真技术又称为虚拟 样机技术，是2 0 世纪8 0 年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项新技术，是指 在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术( 指在某单一系统中零部件的 c a d 和f e a 技术1 揉合在一起，它利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型， 建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产 品的整体性能，为物理样机的设计和制造提供依据，进而改进产品设计、提高产品性能 的一种新技术。虚拟样机技术除了其核心技术机械系统运动学和动力学仿真技术外，还 包括三维c a d 建模技术、有限元分析技术、机电液控制技术、最优化技术等相关技术。 江南大学硕士学位论文 应用虚拟样机技术，工程师在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分 析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机试验。运用虚拟样机技 术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品 开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统性能获得最优化的设计产品 8 _ 9 】。 1 2 国内外的研究现状 1 2 1 国外现状 在国外，精梳机最早发明于1 8 4 6 年，它的下钳板固定在机架上，以发明者海尔曼 的名字命名。1 9 0 0 年，英国的纳斯米氏将海尔曼式精梳机加以改进，将下钳板安装在座 架上和钳板机构一起作前后往复运动，并使钳板在工作过程中前后摆动，称为纳斯米式 精梳机。国外精梳机，经历了较长的缓慢发展时期，2 0 世纪7 0 年代，r i e t e r 公司推出 了e 7 4 型精梳机，车速为2 5 0 钳次m i n 。2 0 世纪8 0 年代，r i e t e r 公司对钳板机构、 分离罗拉传动机构等进行技术改进后又推出了e 7 5 型，之后又推出了e 7 6 型精梳机， 又相继推出了e 6 0 型、e 6 0 h 型精梳机，机器的稳定性及纺纱质量水平有了进一步提高。 2 0 0 0 年，r i e t e r 公司利用计算机辅助手段对e 6 0 型、e 6 0 h 型精梳机的钳板传动机构及 分离罗拉传动系统进行优化设计，推出了e 6 1 型、e 6 2 型及e 7 2 型精梳机，车速达到了 4 0 0 钳次m i n ，达到国际领先水平【训。 m a r z o l i 公司2 0 世纪7 0 年代推出了p 。型精梳机，2 0 世纪8 0 年代初期推出了p ：型 精梳机。到了1 9 8 5 年之后，又相继推出了p x 。型及p x 。型精梳机，p x 。型精梳机的最大机 械速度为4 0 0 钳次m i n 。2 0 世纪9 0 年代，除r i e t e r 公司和m a r z o l i 公司生产精梳机之 外，日本原织机公司也先后开发出v c 一2 5 0 型、v c 一3 0 0 型精梳机，日本t o y o t a ( 丰田) 公司在吸收消化v c 一3 0 0 型精梳机技术的基础上，推出了h z 型精梳机，最高速度为3 6 0 钳次m i n 。意大利沃克公司也开发出了c m 5 0 0 型精梳机，最高速度为4 0 0 钳次m i n 【1 0 】。 瑞士立达公司对e 6 0 型精梳机，采用计算机辅助技术对原料纤维在精梳机中的受力 与应变情况进行理论计算与模拟，并在生产试验中进行校验，予以确认。其核心是对生 产工艺过程作详细而精确的分析，这是用户需要，也是立达设备受欢迎的根本原因。当 c a x 技术在我国纺机开始应用时，立达公司推出了更高层次的技术应用，例如m 3 p ，与 c 3 p 比较，m 3 p 在综合分析、系统优化设计、系统创新设计方面能提供可操作的、有效 的支州4 1 。通过计算机仿真技术来研究精梳机的问题越来越普遍，在现代科学技术发展 的条件下传统的经典刚体动力学分析方法己经不能适应复杂机械系统的运动学和动力 学的要求。随着现代计算机技术和数值计算技术的飞速发展，出现了综合刚体力学、分 析力学、计算力学、材料力学等学科成就的一门新学科一多体系统动力学。多体系统动 力学是在航天、航空、机构学、机械制造等机械工程领域经过近几十年发展起来的，用 于解决复杂机械系统动力学和运动学问题的古老而又高新的技术学科。 1 2 2 国内现状 1 9 5 8 年上海国棉二厂参照国外精梳机，设计制造了我国第一台精梳机，命名为红旗 2 第一章绪论 牌精梳机。到了2 0 世纪7 0 年代，针对a 2 0 1 a 型精梳机分离罗拉传动机构中存在的磨损 大、振动大等问题进行了改进，即将“平面凸轮一扇形齿轮一爪牙离合器一圆柱凸轮” 改为“平面连杆运动机构一行星差动装置”，出现了a 2 0 1 b 型精梳机。2 0 世纪7 0 年代末， 我国引进了瑞士r i e t e r ( 立达) 公司的e 7 4 精梳机，通过对引进设备的消化吸收，1 9 9 3 年开始，我国相继与意大利m a r z 0 1 i ( 马佐里) 公司、r i e t e r ( 立达) 公司达成协议合 作生产精梳机，加速了我国精梳机设计与加工技术水平的提高。随着我国经济实力、市 场竞争与科技创新的发展，在吸收国内外先进技术的基础上，通过在工厂较长实践中的 不断改进，已研制出一批3 0 0 钳次m i n 的高效能精梳机。我国精梳设备经过4 0 年的发展， 取得了巨大成就，截止到2 0 0 0 年，我国精梳机的台数已达到1 3 2 6 4 台，精梳机的万锭 配台由原来的1 8 台增加到3 9 台。精梳机的速度已由原来a 2 0 1 的1 1 6 钳次m i n 提高 到3 5 0 钳次m i n ，精梳机的产量提高了3 倍。精梳机的综合质量水平( 如精梳条质量、 精梳落棉质量及机器的稳定性等) 及自动化水平有了很大提高。总之，我国精梳机技术 水平及设备加工制造水平与世界先进水平的差距正在缩小。但是对于精梳机振动问题， 才是一个开端，车速的提高，带来的振动问题越加明显，严重影响了纱线的质量，对精 梳机的振动问题研究属于起步阶段，国内的研究，起步比较晚，总体来说比较落后，与 国外先进水平有一定的差距。但是，经过几十年的发展，国内在理论研究和实际应用方 面都取得了显著的进步，形成了自己的特色，东南大学的汤文成教授等人就精梳机的振 动课题发表了一些相关的文章：如精梳机钳板机构参激振动稳定性分析、精梳机 钳板动应力集中问题的分析与优化。本课题是对前人研究成果的继承和发展，将重点 放在中间轴及其钳板传动机构上，完善理论体系，为企业产品开发提供一套坚实的理论 基础。 1 3 论文研究的目的与意义 精梳机是纺纱过程中实现精梳工艺所用的机械，主要作用是：排除较短纤维，清除 纤维中的扭结粒( 棉结、毛粒、草屑、茧皮等) ，使纤维进一步伸直、平行，最终制成粗 细比较均匀的精梳条。中国棉纺织行业“十一五”科学与进步指导意见指出“三无一精” 发展的重点，还提出了纺纱产品质量与国际先进水平的对比要求，并对我国新型精梳机 的发展与创新提出了更高的要求。所以，精梳机的发展已大大影响着国内纺织行业的发 展，应受到更多的关注。 精梳机车速的提高，振动更加明显，减少精梳机的主轴箱的振动，具有较高的学术 研究价值与生产实践指导意义。 1 4 论文的主要内容 论文采用计算机仿真分析方法对c m 5 0 0 型精梳机主轴箱系统进行优化分析，提高 机械的动态性能，降低了机构振动。 本文的主要内容如下： 介绍振动信号测试的目的及理论，在车速为3 5 0 、4 0 0 、4 5 0 、5 0 0 印m m i n 时，利用 t v l l o 便携式测振仪对c m 5 0 0 型精梳机9 个测点进行振动测试及分析，找出精梳机的振 江南大学硕士学位论文 源。 建立钳板机构的机械模型，分析钳板摆轴的运动特性，利用a d a m s 软件对钳板传 动机构进行优化分析。 建立中间轴系统的三维实体模型，通过a d a m s 软件中的参数化分析模块对定时调 节盘、1 3 8 牙齿轮、法兰盘质心位置进行调整。分析在定时调节盘、1 3 8 牙齿轮、法兰 盘为无偏心情况时，三者对轴支反力的影响，最后提出改进方案，提高机械的动态性能， 从而对进一步的实际应用提供了理论基础。 4 第二章精梳机振动信号测试与分析 第二章精梳机振动信号测试与分析 厂周期振动 ：三振动 l 非周期振动i 瞬态振动 l e 动e 江南大学硕士学位论文 清除，且进一步的分离纤维，提高纤维的伸直平行度。一旦在精梳机工作时产生较大振 动将影响其在较高转速下工作，从而降低了精梳机的工作效率。因此，有必要对精梳机 的振动信号做一下现场测试并分析。 2 1 2 信号分析方法 机械状态监测遇到的振动有：周期振动、近似周期振动、窄带随机振动和宽带随机 振动，以及其中几种振动的组合。简谐振动是机械振动中最基本、最简单的振动模式。 周期振动、近似周期振动属确定性振动范围，由简谐振动及简谐振动的叠加构成。 简谐振动的振动位移x 与时间t 的表达式为： x 0 ) = 彳s i n ( 2 妒+ 妒) ( 2 - 1 ) 式中：彳振幅，又称峰值 厂振动频率 矽振动的初相位 实测的机械振动信号大多是随机信号，只能用概率统计的方法来描述。一般在时域 振动波形上提取和考察几个特征值，如振幅、频率、相位等，来对被测机械的状态做初 步评价。 振幅表征机械振动的强度和能量，根据不同的需要，对振幅值有不同的描述方法， 通过以峰值、平均值和有效值表征。 x 。表示振幅的单峰值，在实际振动波形中，单峰值表示振动瞬间时冲击的最大振 幅。x 表示振幅的双峰值，又称峰峰值，它反映了振动波形的最大偏移量。x 表示 振幅的平均值，是在时间丁范围内机械振动的平均水平，其表达式为： 14 x = 亭f z ( f ) d ， ( 2 2 ) 彳。表示振幅的有效值，它表征了振动的破坏能力，是衡量振动能量大小的量。i s o 标准规定，振动速度的均方根值即有效值，为“振动烈度”，作为衡量振动强度的一个 标准，其数学表达式为： x 矿汛菊t ( 2 3 ) 频率是振动的重要特征之一，不同的结构、不同的零部件、不同的故障源，则产生 不同频率的机械振动，因此频率分析是机械振动监测中的重要手段。相位与频率一样都 是用来表征振动特征的重要信息，不同振动源所产生的振动相位不同。对于两个振源， 相位如果相同，可使振幅叠加，产生严重后果；反之，相位相反可能引起振动抵消，起 到减振作用。相位测量可用于：谐波分析，动平衡测定、振型测量、判断共振点等。 振动信号分析可以采用的方法包括时域分析、频域分析以及时频域分析三大类。它 们从不同的角度对信号进行观察和分析，提取与设备运行状态有关的特征信息。 频域分析是机械监测中信号处理的最重要、最常用的分析方法。工程上所测得的信 号一般为时域信号，然而由于故障的发生，往往引起信号频率结构的变化，通过所测信 6 第二章精梳机振动信号测试与分析 号了解、观测对象的动态行为，往往需要频域信息。它能通过了解测试对象的动态特性， 对机械的状态做出评价并准确而有效的诊断机械故障和对故障进行定位，进而为防止故 障的发生提供分析依据。通过频域分析把复杂的时间历程经傅立叶变换分解为若干单一 的谐波分量，可以获得信号的频率结构以及各谐波幅值和相位信息，根据信号的性质及 变换方法的不同，常用的频域分析方法有：幅值谱、相位谱、功率谱、倒频谱、细化谱、 解调谱、相干函数、传递函数分析等【1 3 。1 5 】。 ( 1 ) 幅值谱、相位谱、功率谱分析 频域分析是基于频谱分析展开的，即在频率域将一个复杂的信号分解为简单信号的 叠加，这些简单信号对应各种频率分量并同时体现幅值、相位、功率及能量与频率的关 系。频谱分析中常用的有幅值谱、功率谱以及相位谱，幅值谱表示了振动参数( 位移、 速度、加速度) 的幅值随频率分布的情况；功率谱表示了振动参量的能量随频率的分布； 在机械故障诊断中，信号的相位谱和幅值谱一样，是重要的识别特征，实际上只有在幅 值谱和相位谱完全相同时，时域中的波形曲线才会完全相同。 频谱分析能够分析信号的能量( 或功率) 的频率分布，因此频谱分析在设备故障诊 断中查找振源，分析寻找故障原因、部位、类型等方面具有极为广泛的用途。频谱分析 计算是以傅立叶积分为基础的，它将复杂信号分解为有限或无限个频率的简谐分量，目 前频谱分析中已广泛采用了快速傅立叶分析方法( f f t ) 。 ( 2 ) 倒频谱分析 倒频谱分析亦称为二次频谱分析，是近代信号分析科学弗鳆端额新技术。倒频谱可 以将输入信号与传递函数区分开来便于识别；还能区分出因调锚引起的功率谱中的周期 量，找出调制源。倒频谱分析是对功率谱值进行傅立叶逆变挽4 的结果，经倒频后，滤出 传递函数的分量，再经过傅立叶正变换等运算，得到输入信号鲍蜻值。因而倒频谱分析 能将响应信号中的输入效应和传输途径效应分离开来，使分析绪果受传输途径的影响减 小，倒频谱识别能将原来谱图上成簇的边频带谱线简化为单根谱线便于观察。利用这一 特点可识别出复杂频谱图上的周期结构，分离和提取出密集泛频信号中的周期成份，这 对于具有周期成份及多成份边频等复杂信号的识别尤为有效。 ( 3 ) 细化分析 在故障诊断中，故障的特征信息往往只集中在某些频段内，根据故障敏感频段内各 频率成份的变化情况，便可以知道故障产生的原因和程度。为了提高诊断的准确性和可 靠性，需在该频段内有较高的频率分辨率。细化分析( z o o m ) 对信号频谱中某一频段 进行局部放大，使得分析频段的频率分辨率和频谱分析精度大为提高，它是非常重要的 一种高精度谱分析手段。 ( 4 ) 解调分析 解调是把包络信号与其载波信号分离开来，目前比较成熟的解调算法有三种：高通 绝对值分析、检波滤波、希尔伯特变换，比较常用的是基于复解析带通滤波器的优化希 尔伯特变换算法。 ( 5 ) 相干函数分析 江南大学硕士学位论文 相干函数是谱相关分析的重要参数，它类似于时域相关系数特别是在系统辨识中， 相干函数可以判明输入与输出之间的关系。 ( 6 ) 传递函数分析 线性时不变系统的传递函数是系统特性的一种反映，它可以反映系统激励与系统的 响应之间的关系。 2 2 精梳机振动测试 2 2 1 测试准备及信号采集 测试仪器：珠海天圣仪器有限公司t v l o o 便携式测振仪，如图2 1 ，它是采用电式 加速度传感器，把振动信号转换成电信号，通过对输入信号的处理分析，显示出振动的 加速度、速度、位移：温度：2 2 。，测试裸机的振动信号。 测试方案：以图2 1 的坐标为基准，在精梳机上选取9 个测试点。 e 图2 1c m 5 0 0 型精梳机买体图 f 蝤2 - 1c m 5 0 0c o i n b e re n t 毋g r a p h 这9 个测点位置如图2 2 所示。因为测试时，车头箱内部的零件在转动无法测试， 只能找到与它们相距最近的地方。测点1 位于车头箱右端面与中间轴系统相对应的地方； 测点2 位于车头箱后端面与滑杆滑块相对应的地方；测点3 位于车头箱后端面与钳板传 动轴对应的地方；测点4 位于车头箱的上端面靠近前侧与内部分离罗拉相对应；测点5 位于车头箱后端面与偏心齿轮相对应；测点6 位于车身头墙板；测点7 位于车身的底板： 测点8 位于车身中墙板；测点9 位于车尾。 第二章精梳机振动信号测试与分析 开动机器，工况为3 5 0 、4 0 0 、4 5 0 、5 0 0 钳次m i n ，利用t v l l o 便携式测振仪对各 个测点采集到的振动信号进行保存，为后续的信号分析提供数据。 图2 2 信号采集分布点 f 崦2 2s i 班a la c q u i s i t i o nd i s t r 岫i o r lp o i l l t s 2 2 2 信号分析 振动测试： t 1 0 0 便携式仪对不同时速的各点测振效果的分析结果如表2 1 所示。 江南大学硕士学位论文 表2 1 信号采集分布点 1 a b 2 - 1s i g i l a la c q u i s i t i o nd i s t r i b u t i o np o i n t s 0 7 7 o 6 2 0 3 3 0 3 4 0 4 4 0 1 5 0 1 2 觏! | ，测点9 。1 o 2 9o 1 8o 1 3o 1 4 ：。i：二：jj：。：一 对上面的9 个测臻的数据进行比较分析，可以看出1 、2 、3 这三个测点的振幅随着 车速的提高振幅变化明显，测点1 车速从3 5 0 转m 谊时的振幅o 6 2 m m 到5 0 0 转m i n 时 的振幅1 2 5 m m 时，其振幅增加明显，测点1 主要对应于车头箱的中间轴系统，中间轴 系统大多为圆盘类结构，材质的不均匀或者制造过程安装误差等原因，都可能使转动刚 体的转轴偏离中心轴；测点2 车速从3 5 0 转m i n 时振幅o 7 7 m m 到5 0 0 转m i n 时的振幅 1 3 2 m m 时，振幅明显增加，车速提高，钳板运动过程中的惯性力及惯性力矩增加；测 点3 是与钳板滑杆滑块机构相连接，车速提高，i 滑杼滑块机构振动明显，从而带动与它 相连接的转动轴振动幅度增加；测点4 振幅从最初的3 5 0 转m i n 时的振幅0 3 3 m m 到5 0 0 转m i n 时的振幅o 6 5 m m ，振动幅度相对于1 j2 ：3 三点减小很多，车速的提高，振幅 亦有增加，分离罗拉是一个外差动轮系，材质不均会造成它的振动：测点5 的振幅变化 了o 3 m m ，急主要是车速提高芘褊心齿轮带来的离心力；测点6 是车身的头墙板，因为箱 体普遍采用板式拼接结构，大面积的平板板式结构会导致板面振幅加大，抗振性能下降； 测点7 、9 随着车速的提升，振动幅度很小，测点8 中墙板随着车速提升，振动幅度相 对测点6 头墙板的少了很多。 在这9 个测点中，车速的提高，振动的幅度都会有所增加，但测点1 、2 、3 的振幅 尤其明显，由此推之，精梳机的振动为车头箱里的钳板传动机构和中间轴系统。 2 3 本章小结 本章首先介绍了相关的测试测试理论与方法，为下一步对c m 5 0 0 型精梳机的振动 测试打下了理论基础。利用t v l lo 便携式测振仪对精梳机采集9 个点进行振动测试分 析，最后发现精梳机的振动源为车头箱的中间轴系统及钳板传动机构，为后续的研究提 供了依据。 1 0 ， ， 盯昭5钇钾他 o 0 0 o o o o筋屹卯弱侈m 1 l o 0 o 0 o记”酪酗o筋 l l m m m n m 2 3 4 、0 5 6 7 8点点点点点点点狈澳澳，澳钡钡澳 。i “ 。黪j ，、 ，i f i ， u 。， - 第三章精梳机钳板机构的模型及动力学设计分析 第三章精梳机钳板机构的模型及动力学设计分析 由第二章的振动测试可知，精梳机的振动主要由车头箱的钳板机构和中间轴系统所 引起，精梳机的钳板部分包括钳板传动机构、钳板摆动机构、钳板加压机构及上、下钳 板等机件，在这里我们利用a d a m s 软件对精梳机钳板机构进行动平衡分析来减少钳板 机构的运动惯量，提高精梳机的速度，减少振动。用专用软件对机构进行动力学仿真分 析与优化设计，在一定程度上会提高设计的质量和效率，但这类软件往往只是针对某种 具体要求开发的，适用性、透明性及可视性差，常常只能分析几个特殊位置，不能真实 完整地显示出工作过程的全部情况，而a d a m s 软件中的e w 模块进行运动学仿真与 优化设计，能够较好的解决上述问题。 3 1a d a m s 软件及其建模理论 机械系统动力学分析软件a d a m s ( a u t o m a t i cd y i l 锄i ca n a l y s i so fm e c h a n i c a l s y s t 锄) 是美国m d i 公司( m e c h a n i c a ld y n 锄i c s1 1 1 c ) 开发的集建模、求解、可视化技 术于一体的虚拟样机分析软件，是世界上目前使用范围最广、最负盛名的机械系统仿真 分析软件，和其它c a d 、c a e 软件相比，a d a m s 具有十分强大的运动学和动力学分 析功能【9 j 。 a d a m s 软件能够帮助工程师更好的理解系统的运动，解释其子系统或者整个系统， 比较多个设计方案的工作性能，预测精确的载荷变化过程，计算其运动路径以及速度加 速度的分布图等。 a d a m s 将强大的分析求解功能与使用方便的用户界面相结合，使该软件使用起来 既直观又方便还可做到用户专门化。 3 1 1a d a m s 中的零件 模型中的零件具有质量、惯量( i n e n i ap r o p e n i e s ) 并可以运动，如在仿真中所有力和 约束都必须施加在零件上。 a d a m s v i e w 提供了完整的零件库，用户可以通过零件库创建三种不同类型的零件 包括： ( 1 ) 刚体：具有质量和各种惯量的零件，不能变形。 ( 2 ) 柔性零件：具有质量、惯量，且在力的作用下可以发生变形的零件。 a d a m s e w 可以创建离散的柔性连接件，如截面为方形、圆形或工字形的梁，更多柔 性件的创建和使用需要用到a d a m s f l e x 模块。 ( 3 ) 质点：只具有质量的零件，质点没有外形，也没有惯量和角速度。 ( 4 ) 另外，a d a m s e w 提供了一个特殊的零件一地面( g r o u i l d ) ，用户创建模型 时a d a m s v i e w 将自动为用户创建它，”g r o u n d f i 零件没有质量及初始速度，不会增加系 统的自由度，全局坐标系就建立在“g r o u n d ”上【1 9 】。 当零件建好后，a d a m s 可以自动算出零件的质量( 零件的体积乘以零件材料的密 江南大学硕士学位论文 度1 、质心位置及沿各个轴的惯性矩、惯性积，当然，用户也可以自己指定这些物理量 的数值。 3 1 2 a d a m s 中的约束和运动 约束定义了零件( 刚体、柔性体、质点) 是如何相互连接及零件之间如何相对运动的。 a d a m s e w 中提供的约束模型库包括以下四种约束( 含运动) ： ( 1 ) 理想关节( i d e a l i z e dj o i n t s ) 一具有实际的相配物，如转动关节( 铰链) 或平动关节 ( 滑块) 。 ( 2 ) 原始关节( j o i n t ) 一对相对运动进行限制，如限制一个零件的运动必须与另一个 零件相平行，可能没有实际的相配物。 ( 3 ) 接触( c o n t a c t s ) 一在仿真过程中，当零件相互接触时如何反应，包括凸轮副、 接触力等。 ( 4 ) 运动生成器( m o t i o n sg e n e r a t o r s ) 一各种相对运动，用以驱动模型。 加入约束可以减少系统的自由度数，a d a m s m e w 中的每种约束都减少不同的自 由度数。例如一个旋转铰链去掉了三个平动自由度和两个转动自由度，使两个零件之间 只有沿共同轴线转动的自由度，这种只允许一种运动的约束叫做单自由度关节，该软件 也提供了二自由度和三自由度的关节，如球铰限制了三个平动自由度，允许三个转动自 由度，属于三自由度关节。当进行仿真时，a d a m s 的分析器- a d m s s 0 1 v e r 能够自 动计算模型系统总的自由度数及是否存在冗余约束。 3 1 3a d a m s 中的作用力 a d a m s v i e w 提供多种力的模型，包括各种方向力和力矩、重力、弹簧阻尼器等等。 定义力时，可以指定力是平动的还是转动的、力的作用点、大小和方向。对于不同类型 的力，指定力的大小也有不同的方法，如弹簧力，可以简单定义弹性系数和阻尼系数， 也可以用a d a m s 内置的函数表达式定义力。可使力和运动相关的内置函数包括：位移、 速度、加速度函数；力的函数，使力和其他力相关，如库仑摩擦力和正压力相关；数学 函数，如呈正弦、余弦规律变化的力；插补曲线函数( s p l i n e 如n c t i o n ) ，力由曲线上的各 点数据决定，如马达的力矩一速度蓝线；碰撞函数( i n l p a c t 劬c t i o n ) ，力