圆锯片的动态稳定.ppt

圆锯片的动态稳定性 圆锯片的动态工作稳定性是指圆锯片在锯切加工时，保持其固有形状和刚度的性质。 圆锯片的工作稳定性较差，主要是因为圆锯片直径与厚度比很大而且只依靠其中心固紧的夹持圆盘夹持在主轴上，并高速旋转；锯齿部分只是依靠锯身金属材料自身的结合力，才保持着一定的刚性。当圆锯片高速旋转时，在离心力的作用下，锯身齿缘部分开始松弛。另外，圆锯片锯切木材，锯身齿缘部分的温度急剧升高，锯身齿缘部分的体积膨胀，而圆锯片又受材料的限制不可能随意伸缩，圆锯片上发生的变形呈外部大而内部小的状态。此时锯片就会向两侧游动，呈“蛇行”状态，造成锯材材面上的波浪不平。 事实上，圆锯片工作时总是存在着一定的振动，但不一定失稳。但在临界失稳条件下，即使非常小的一个横向力都会引起圆锯片非常大的横向位移，因锯片失稳加剧了圆锯片的振动。 圆锯片的振动是指圆锯片在其平衡位置附近的往复横向运动。这是由外界干扰引起的，并总是表现为某种“等级”。锯片的振动在锯切过程中时无法补偿的，振动会增大锯路损失，降低锯切精度，提高噪声水平，缩短圆锯片使用寿命。 大多数普通圆锯片的振动都可以被看做是一些单独振动模态的总和。每个振动单独的振动模态都具有一个特定的振形，并按一定的频率振动。每个振动模态都包含一个整数的波节圆数m和波节直径数n。 圆锯片的不稳定性机制 1）静态弯曲失稳 当圆锯片静态失稳时，圆锯片上的高点与被切削加工的木材工件剧烈地摩擦发热，当摩擦发热的温度超过250℃时，圆锯片表面将产生蓝斑（烧痕）。圆锯片当其某阶固有频率ωmn趋于零时，圆锯片即会发生弯曲。 2）临界转速失稳 这是圆锯片一种特定的共振状态，此时圆锯片达到其临界转速。Ωcrit=min(ωmin/n) m=0,1,2…;n=0,1,2… （m、n分别指圆锯片振动模态的波节圆数和波节直径数） 一般圆锯片的最高运行转速应在其最低临界转速的85%以下，否则圆锯片将可能失稳。 临界转速理论 圆锯片在转动状态时的固有频率ωmn可以表示为如下公 式 ω2mn=（ ω（0）mn）2+KΩ2rot ，式中： ω（0）mn——圆锯片静态固有频率（Hz）； Ωrot——圆锯片转速（r/s); K——圆锯片转动影响的钢化系数。 一般情况下K值不大，通常Ωrot提高圆锯片的静态固有频率，但在静态固有频率的基础上提高的幅度一般不会超过5%。站在地面上的人观察到相对应的单一模态的正向形波频率ω（F）mn和反向形波频率ω（B）mn如下 ω（F）mn= ωmn + nΩrot ω（B）mn =ωmn - nΩrot 模态（m, n）可能通过频率ω（F）mn和ω（B）mn 被激发，随着Ωrot 的增加， ω（B）mn 逐渐减少，当ω（B）mn →0时，一个静力即可以激发圆锯片的共振，这时圆锯片的转速即为临界转速。圆锯片切削时静力或低频的力总是存在的，因此圆锯片失稳的可能性总是存在的。 对所有模态而言， ω（B）mn 并不能同时接近零，当圆锯片转速由低到高增大时ω（B）mn 最先等于零的模态称为最低临界转速模态，此时的转速被称为最低临界转速。当圆锯片转速继续增加时，更高阶的临界转速会依次出现。因此，一个圆锯片有多阶临界转速，使圆锯片的运行速度远离临界转速就可以提高圆锯片的锯切精度。 提高圆锯片动态稳定性的方法 1）适张：适张是通过辊压、锤击或局部加热等方法，在圆锯片上造成一定的塑性变形，有意地引入一定残余应力来提高圆锯片的稳定性。 适张的目的是通过引入适当的应力使圆锯片的临界转速提高。它可以提高圆锯片的动态刚度和临界转速大约30%。 2）锯身开槽：锯身开槽或开孔的目的之一是为了减少由于圆锯片温度差而引起的圆周上的压应力，圆锯片上开的槽允许圆锯片膨胀而不增加圆锯片的内应力，圆锯片上开的孔可以起到散热的作用。锯身开槽或开孔的结构、位置、数量取决于圆锯片承受平面应力的几何平面刚度和圆锯片的弹性刚度。 如果圆锯片的几何尺寸是接近轴对称的，那么圆锯片的任意直径都有可能是圆锯片振动模态的节径，节径在锯片上可以移动，共振临界转速模态的节径在空间上是固定的，振动波在空间上也是相对静止的。这就是驻波共振。 理论分析和实验验证表明，开了槽孔的圆锯片，几何形状成为不对称，不能形成临界转速时的驻波，因为开槽引起的频率分离现象，共振频率数是两个，并且每一个频率都可以发生共振。在相同的激振条件下，开槽圆锯片发生共振时的振幅比不开槽对称圆锯片小，振幅减少的原因是因为圆锯片的响应能量在整个频谱内有更均匀的分布。 3）热应力控制：因为热应力是圆锯片失稳的主要原因，减少或修正热应力是最好的控制圆锯片振动的方法。 这种方法关键在于如何控制在圆锯片实际运行时我们要求圆锯片上的温度分布。 通过对锯切期间的圆锯片施加一定的摩