郭佳++李茂彬++周利平

摘 要：本文主要介紹了機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的原因和常見(jiàn)的振動(dòng)類(lèi)型，列出了控制和消除的途徑和振動(dòng)的三類(lèi)分析方法，最后陳述如何建立正確的的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)的鏜桿仿真分析打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械振動(dòng)；控制原理；鏜削加工

0 機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生

在機(jī)械加工過(guò)程中，振動(dòng)現(xiàn)象一直是不能忽視的問(wèn)題，會(huì)影響整個(gè)加工零件的質(zhì)量，縮短刀具的使用壽命，甚至于會(huì)帶來(lái)工程災(zāi)難。但對(duì)于一些有益的振動(dòng)我們就需要進(jìn)行合理的利用。

引起機(jī)械振動(dòng)的因素有許多，最主要的兩點(diǎn)原因如下[1]：

（1）機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的不平衡性。機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般分為往復(fù)式機(jī)械運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)式機(jī)械運(yùn)動(dòng)。往復(fù)式運(yùn)動(dòng)中部件運(yùn)動(dòng)方向改變所產(chǎn)生的慣性沖擊導(dǎo)致振動(dòng)產(chǎn)生?；剞D(zhuǎn)式運(yùn)動(dòng)中由于機(jī)器不能完全保持平衡，引起周期性變化的干擾力，所產(chǎn)生的振動(dòng)一般都具有規(guī)律性。

（2）受到外界激勵(lì)的作用。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)受到外界激勵(lì)時(shí)，根據(jù)外界激勵(lì)是否具有確定性，其所引起的振動(dòng)又可分為確定性振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。

1 機(jī)械振動(dòng)的常見(jiàn)類(lèi)型[2]

根據(jù)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的原因，可分為三類(lèi)：自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。三種振動(dòng)對(duì)加工過(guò)程的影響各不同，自由振動(dòng)影響較小，而后兩者不能自然衰減，會(huì)產(chǎn)生有害的影響，需要設(shè)法進(jìn)行相應(yīng)的控制。

1.1 自由振動(dòng)

自由振動(dòng)的發(fā)生是因?yàn)樵谇邢骷庸ぶ泄に囅到y(tǒng)產(chǎn)生了脈沖性干擾力。

1.2 受迫振動(dòng)

受迫振動(dòng)是指物體受到外界一個(gè)周期性的作用力而引起的的振動(dòng)。隨著干擾力的消失振動(dòng)才會(huì)停止，除了與干擾力有關(guān)，受迫振動(dòng)還會(huì)受系統(tǒng)自身剛度和阻尼的影響。

1.3 自激振動(dòng)

自激振動(dòng)也就是切削顫振，振動(dòng)系統(tǒng)在振動(dòng)過(guò)程中由本身的原因激發(fā)產(chǎn)生了周期性變化的切削力，從而引起的不衰減的振動(dòng)。自激振動(dòng)不受外界激勵(lì)的影響，只要系統(tǒng)振動(dòng)存在，自激振動(dòng)就不會(huì)消失，且振動(dòng)頻率等于或接近振動(dòng)部件的固有頻率。

2 振動(dòng)控制和消除的方法

2.1 自由振動(dòng)

通過(guò)分析系統(tǒng)本身的物理特性，從而達(dá)到降低振動(dòng)的目的。但自由振動(dòng)是可衰減的，對(duì)機(jī)械加工不會(huì)造成大的危害，所以一般可以忽略對(duì)其的消除。

2.2 受迫振動(dòng)

受迫振動(dòng)是不可衰減的，對(duì)機(jī)械加工影響很大。途徑受迫振動(dòng)是由于外界周期性干擾力引起的，因此減少受迫振動(dòng)的途徑首先就應(yīng)先找出振源，然后采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制。主要方法有[3]：對(duì)高轉(zhuǎn)速零件經(jīng)過(guò)平衡設(shè)置；減少或盡量消除激振力；調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率，防止與激振力的頻率相近，避免產(chǎn)生共振。采用減振裝置和隔振措施。

2.3 自激振動(dòng)

自激振動(dòng)是一種頻率較高的強(qiáng)烈振動(dòng)，同樣也不可衰減，具有持續(xù)性的特點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生加工危害，對(duì)于是必要的，需要研究如何試圖控制它。解決途徑一般從設(shè)備、工具和實(shí)際操作方面來(lái)進(jìn)行，如：選擇合理的切削用量和刀具幾何角度，提高工藝系統(tǒng)的抗振性能，采用減振裝置等。

3 機(jī)械振動(dòng)的分析方法

研究機(jī)械振動(dòng)時(shí)，將研究對(duì)象視作一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)施加的一個(gè)輸入信號(hào)稱(chēng)為激勵(lì)，通過(guò)振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出信號(hào)稱(chēng)為響應(yīng)。根據(jù)外界激勵(lì)作用下所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)行為即響應(yīng)，分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。振動(dòng)分析的研究可用圖1表示：

對(duì)振動(dòng)問(wèn)題的研究主要有以下三種情況[4]：根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和激勵(lì)分析系統(tǒng)的響應(yīng)，也就是系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析或動(dòng)態(tài)分析，包含位移、速度、加速度、力的響應(yīng)等；已知外界的激勵(lì)和響應(yīng)地條件下求出系統(tǒng)的參數(shù)，這種情況就是當(dāng)響應(yīng)不理想時(shí)，對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整；最后一種是通過(guò)系統(tǒng)的參數(shù)和響應(yīng)求外界激勵(lì)的大小。

4 振動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型與數(shù)學(xué)模型

對(duì)一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析前，要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)建立一個(gè)以質(zhì)量、剛度、阻尼構(gòu)成的物理模型，也就是力學(xué)模型。其次通過(guò)力學(xué)模型確定數(shù)學(xué)模型用以分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。所以，建立正確的力學(xué)簡(jiǎn)化模型才能得到正確的分析結(jié)果，如實(shí)反映一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)十分重要。數(shù)學(xué)模型的建立是分析問(wèn)題的關(guān)鍵，通常利用微分方程來(lái)表達(dá)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，是一種反映振動(dòng)系統(tǒng)的非參數(shù)模型。

5 結(jié)論分析

在鏜削過(guò)程中鏜桿多產(chǎn)生的振動(dòng)主要是自由振動(dòng)，但自激振動(dòng)會(huì)隨著自由振動(dòng)的加劇而產(chǎn)生，會(huì)存在有害的影響。由上文可知，這兩類(lèi)振動(dòng)是無(wú)法完全消除的，會(huì)使加工過(guò)程中產(chǎn)生一定的危害，因此需要采取措施來(lái)減小振動(dòng)。當(dāng)自由振動(dòng)減少時(shí)，自激振動(dòng)也會(huì)在隨之減少，所以對(duì)于鏜桿的減振方法，主要從被動(dòng)和主動(dòng)兩種減振措施進(jìn)行控制。被動(dòng)控制是通過(guò)在鏜桿內(nèi)部安裝減振裝置來(lái)達(dá)到效果，主動(dòng)控制是在減振系統(tǒng)中加入反饋系統(tǒng)。對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的鏜桿就要通過(guò)被動(dòng)控制措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]聞邦椿，劉樹(shù)英，張純宇.機(jī)械振動(dòng)學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

[2]石俊祥.受迫振動(dòng)[EB].2012. http：//baike.baidu.com/view/323232.html.

[3]邵忍平.機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4]韋聯(lián).減振鏜桿的動(dòng)力學(xué)仿真及其參數(shù)優(yōu)化[D].成都：西華大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，2011.

西華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金（ycjj2014062）

作者簡(jiǎn)介：郭佳（1990-），女，四川成都人，研究生，研究方向：機(jī)械制造及其自動(dòng)化。endprint