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[自激振动] 机械加工中的自激振动原理、特点及控制方法概述

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发表于 2018-5-14 16:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  1. 自激振动的概念
  机械加工中,在没有周期性干扰力(激振力)作用下,由系统本身引起的交变力作用而产生的周期性振动称为自激振动,又称颤振。颤振的发生是由系统某些瞬时的偶发干扰力引起的,如外圆车削时,毛坯余量不均匀或材质不均匀等,都会引起切削力变化,而可能引发系统的瞬时的微弱振动,在一定条件下就会发生颤振。
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  交变切削力的产生机理
  但颤振的维持不是靠外界振源的激振力,而是由振动系统本身决定的,颤振的原理可用上图来说明。在切削过程中,工艺系统受某偶然性的外界干扰作用(如材质不均匀、余量不均匀等),使与工件相对位置改变,引起切削力的波动,进而导致工艺系统的振动。

  由于工艺系统是一个闭合系统,自激振动也是一个闭合系统,它由振动系统(工艺系统)和调节系统(切削过程)组成。引起自激振动的交变力f由切削过程产生,而振动系统通过反馈振动量y(t)控制调节系统。这样循环不止,就形成了稳定的自激振动。

  2. 自激振动的特点
  与强迫振动不同,自激振动具有以下特点:

  ①自激振动的频率接近或等于系统的固有频率,即完全取决于振动系统本身的参数,这是与强迫振动的本质区别。

  ②自激振动不因阻尼而衰减,是一种不衰减的振动。自激振动能通过振动过程获取能量补充,维持振动过程。如获得的能量大于消耗的能量,则振幅增大,振动加剧;如获得的能量小于消耗的能量,则不能够产生自激振动。

  ③自激振动的产生是由于切削过程中的偶然的干扰力诱发的,其维持是靠系统内交变力与反馈作用。当切削过程停止,动态交变力消失,自激振动也随之消失。

  3. 切削颤振原理
  对于切削过程中产生颤振的原理,由于其机理复杂,虽然经过长期大量研究,也取得很多成果,但目前尚没有一种能涵盖各种情况的理论,现扼要介绍两种常用的学说。

  ① 再生颤振原理金属切削过程中,为减小巳加工表面的粗糙度,在确定几何参数和切削用量后,当开始切削第二圈时,刀刃必须与已切削过的第一圈表面接触而产生重叠切削。切削中,当前一圈因偶然因素(如材料硬度或加工余量不均匀),工艺系统就会产生一次自由振动,且在已加工表面上留下振纹,此振纹就成为继续切削时产生颤振的初始条件。

  ② 振型耦合原理某些切削加工(如用宽车刀车削矩形螺纹外圆)时,没有重叠切削,不存在再生颤振的条件,因此不能按再生颤振原理解释。但实际上当切削深度达到一定值时,仍会产生颤振。这种情况可用振型耦合原理来解释。

  实际切削中的振动系统一般是多自由度系统,即切削中可以沿多个方向振动,在连续切削过程中,刀尖的轨迹为一闭合椭圆形,以椭圆长轴将椭圆分为两半,即切入区与切出区。切入区,切削力对做负功;切出区,切削力对做正功。当正功大于负功,则振动系统在振动循环中能获得能量,以维持颤振。

  颤振是否发生,跟结构、伸出量以及在切削过程中各自由度方向的刚度有关。

  4. 自激振动的控制
  控制自激振动的措施主要是控制切削过程和改进工艺系统结构。

  ① 合理选择切削用量生产实践表明,在较低或较高的切削速度范围内,切削稳定性较好,而中速范围(20—70m/min)内,容易产生颤振,且振幅较大,速度在50~60m/min时,稳定性最差。因此,采用高速或低速切削,再配合以较大的迸给量及较小背吃刀量,不但可以避免自激振动,而且可以保持一定的生产率。

  ② 合理选择几何参数增大前角,切削变形减小,切削力减小,切削过程平稳,不易产生振动。增大主偏角,使背向力和切削宽度减小,也能够减小或避免振动,减小后角,刚度提高,后刀面摩擦阻尼作用增强,振动减弱,当后角在2°—3°时,振动明显减小,但后角太小会加剧摩擦,反而容易引起振动。

  ③ 提高工艺系统的抗振性提高零部件结构刚度、接触面的接触刚度、工件的装夹刚度等,都能提高工艺系统的抗振性。

  ④ 采用减振装置在采用各种消振措施后,若效果不理想,可根据实际情况选用减振器或阻尼器,它们对强迫振动和自激振动都有效。

  来源:中国百科网

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发表于 2018-5-18 08:39 | 显示全部楼层
厉害厉害厉害厉害
发表于 2018-7-15 15:06 | 显示全部楼层
楼主发表的文章好专业哦,赞一个。想问下楼主,回转窑是机械设备,在使用过程中其筒体会发生径向摆动,是什么情况,能不能给简单说明下
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