木工推台锯圆锯片横向跳动及主轴振动技术【批木网】
发布时间: 2015年07月21日 14:35:12
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1木工机床旋转机械振动的基本特性
绝大多数木工机床都为旋转机械，其种类繁多，有木工锯机、木工刨床、木工铣床、砂光机、开榫机、木工钻床等。这类设备的主要部件有转子、轴承系统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每分钟几十到几万转。
由于故障是指机器的功能失效，即其动态性能劣化，不符合技术要求。例如，木工机床运行失稳产生异常振动和噪声，工作转速、输出功率发生变化等，其发生故障的原因不同，所反映出的信息也各异，根据这些特有的信息，可以对故障进行诊断。然而，木工机床发生故障的原因往往不是单一的因素，一般都是多种因素共同作用的结果，所以对设备进行故障诊断时，必须进行全面的综合分析研究。由于木工机床旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面的原因和运行操作方面的失误，使其在运行过程中会引起振动，其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。
从仿生学的角度来看，诊断设备的故障类似于确定人的病因：医生需要向患者询问病情、病史、切脉(听诊)以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。同样，对木工机床旋转机械的故障诊断，也应在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出治理措施。
木工机床旋转机械发生故障的主要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅域、频域和时域反映了机器的故障信息。它的主要功能是由旋转部件来完成的，转子是其最主要的部件，其结构型式虽然多种多样，但对一些简单的旋转机械来说，为分析和计算方便，一般都将转子的力学模型简化为一圆盘装在一无质量的弹性转轴上，转轴两端由刚性的轴承及轴承座支承。该模型称为刚性支承的转子，对它进行分析计算所得到的概念和结论用于简单的旋转机械是适用的。由于做了上述种种简化，若把得到的分析结果用于较为复杂的旋转机械时不够精确，但基本上能够说明转子振动的基本特性。故了解旋转机械在故障状态下的振动机理，对于监测机器的运行状态和提高诊断故障的准确率非常重要。
2木工推台锯圆锯片横向跳动及主轴振动研究实例
2.1主锯片横向跳动值测量
1）试验圆锯片、推台锯及仪器试验圆锯片直径为300mm、锯路3.2mm、锯身厚2.2mm、内孔直径为30mm、齿数为96齿、最大转速为7600rpm。其推台锯旋转主轴采用滚动轴承座支撑，试验转速为5000rpm。
两只电涡流传感器（校正因子8mv/μm、内置变压器和前置器）、一台数据采集箱及相匹配的信号处理与分析系统等。
2）试验过程
在距主锯片的锯身约1mm处垂直定置两只互成180°的电涡流传感器，通过完成参数设置、示波等程序，启动推台锯约半分钟后，再采集由传感器前置器解调后的主锯片横向跳动的低频信号，并根据其时域波形谱中的“峰峰值”测出圆锯片的横向跳动值（mv），并换算成主锯片的跳动值。
3）实测横向摆动图谱及数据
本主锯片横向摆动时的时域波形谱中的峰峰值为585.63EU，即得横向摆动值=585.63÷8＝0.0732mm。
2.2推台锯主旋转轴的振动试验
1）试验仪器
2只加速度传感器、1只红外扫描位移传感器、1台故障振动分析仪、1台信号调理箱和1台数据采集箱及相匹配的信号处理与分析系统。
2）主要试验过程
首先，采用红外扫描位移传感器，通过振动分析仪实测主旋转轴的空载转速是5100r/min(额定转速为5000r/min)，其基频值为85Hz；其次，通过2只吸附在主转动轴轴承座上互成90°的加速度计进行结构振动信号的采集和处理，得出其空载时域谱和幅频谱及相关数据。
3）分析与建议
一方面，图4测试的锯齿径向跳动值为0.0732mm，符合DIN8809-75、GB/T1939-1993和GB/T1939-1993技术质量要求，反映试验圆锯片具有优良的抗振性和可靠性，确保其加工产品精度要求；另一方面，表1、图6和图7得知，在其85Hz基频值时产生25.55EU的最大振动幅值峰，据此判断该机床的主旋转轴存在不平衡的故障。为实现转轴的动平衡，结合用百分表测得推台锯主轴径向跳动值为0.02mm和旋转主轴D/b值﹤5现状，一是采用动平衡试验检测其不平衡位置，即在两个选定的平面内分别找出所需平衡质径积的大小和方位；二是在设备故障诊断仪上运用动平衡虚拟软件进行试验，确定配重质量、相位角。
显然，只有消除主轴旋转时的不平衡所引起的共振现象，才能有助于圆锯片工作性能水平的进一步提高，达到优化设计的目的。同时，还应在测量圆锯片径向和轴向跳动、切削力、功耗和噪声等指标的基础上，对齿形、锯身平面度、锯身槽、材质等结构参数，以及适张度等应力状态参数侧重研究，为锯片结构的静态和动态设计工作的相结合，优化锯片技术质量水平服务。
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1木工机床旋转机械振动的基本特性
绝大多数木工机床都为旋转机械，其种类繁多，有木工锯机、木工刨床、木工铣床、砂光机、开榫机、木工钻床等。这类设备的主要部件有转子、轴承系统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每分钟几十到几万转。
由于故障是指机器的功能失效，即其动态性能劣化，不符合技术要求。例如，木工机床运行失稳产生异常振动和噪声，工作转速、输出功率发生变化等，其发生故障的原因不同，所反映出的信息也各异，根据这些特有的信息，可以对故障进行诊断。然而，木工机床发生故障的原因往往不是单一的因素，一般都是多种因素共同作用的结果，所以对设备进行故障诊断时，必须进行全面的综合分析研究。由于木工机床旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面的原因和运行操作方面的失误，使其在运行过程中会引起振动，其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。
从仿生学的角度来看，诊断设备的故障类似于确定人的病因：医生需要向患者询问病情、病史、切脉(听诊)以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。同样，对木工机床旋转机械的故障诊断，也应在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出治理措施。
木工机床旋转机械发生故障的主要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅域、频域和时域反映了机器的故障信息。它的主要功能是由旋转部件来完成的，转子是其最主要的部件，其结构型式虽然多种多样，但对一些简单的旋转机械来说，为分析和计算方便，一般都将转子的力学模型简化为一圆盘装在一无质量的弹性转轴上，转轴两端由刚性的轴承及轴承座支承。该模型称为刚性支承的转子，对它进行分析计算所得到的概念和结论用于简单的旋转机械是适用的。由于做了上述种种简化，若把得到的分析结果用于较为复杂的旋转机械时不够精确，但基本上能够说明转子振动的基本特性。故了解旋转机械在故障状态下的振动机理，对于监测机器的运行状态和提高诊断故障的准确率非常重要。
2木工推台锯圆锯片横向跳动及主轴振动研究实例
2.1主锯片横向跳动值测量
1）试验圆锯片、推台锯及仪器试验圆锯片直径为300mm、锯路3.2mm、锯身厚2.2mm、内孔直径为30mm、齿数为96齿、最大转速为7600rpm。其推台锯旋转主轴采用滚动轴承座支撑，试验转速为5000rpm。
两只电涡流传感器（校正因子8mv/μm、内置变压器和前置器）、一台数据采集箱及相匹配的信号处理与分析系统等。
2）试验过程
在距主锯片的锯身约1mm处垂直定置两只互成180°的电涡流传感器，通过完成参数设置、示波等程序，启动推台锯约半分钟后，再采集由传感器前置器解调后的主锯片横向跳动的低频信号，并根据其时域波形谱中的“峰峰值”测出圆锯片的横向跳动值（mv），并换算成主锯片的跳动值。
3）实测横向摆动图谱及数据
本主锯片横向摆动时的时域波形谱中的峰峰值为585.63EU，即得横向摆动值=585.63÷8＝0.0732mm。
2.2推台锯主旋转轴的振动试验
1）试验仪器
2只加速度传感器、1只红外扫描位移传感器、1台故障振动分析仪、1台信号调理箱和1台数据采集箱及相匹配的信号处理与分析系统。
2）主要试验过程
首先，采用红外扫描位移传感器，通过振动分析仪实测主旋转轴的空载转速是5100r/min(额定转速为5000r/min)，其基频值为85Hz；其次，通过2只吸附在主转动轴轴承座上互成90°的加速度计进行结构振动信号的采集和处理，得出其空载时域谱和幅频谱及相关数据。
3）分析与建议
一方面，图4测试的锯齿径向跳动值为0.0732mm，符合DIN8809-75、GB/T1939-1993和GB/T1939-1993技术质量要求，反映试验圆锯片具有优良的抗振性和可靠性，确保其加工产品精度要求；另一方面，表1、图6和图7得知，在其85Hz基频值时产生25.55EU的最大振动幅值峰，据此判断该机床的主旋转轴存在不平衡的故障。为实现转轴的动平衡，结合用百分表测得推台锯主轴径向跳动值为0.02mm和旋转主轴D/b值﹤5现状，一是采用动平衡试验检测其不平衡位置，即在两个选定的平面内分别找出所需平衡质径积的大小和方位；二是在设备故障诊断仪上运用动平衡虚拟软件进行试验，确定配重质量、相位角。
显然，只有消除主轴旋转时的不平衡所引起的共振现象，才能有助于圆锯片工作性能水平的进一步提高，达到优化设计的目的。同时，还应在测量圆锯片径向和轴向跳动、切削力、功耗和噪声等指标的基础上，对齿形、锯身平面度、锯身槽、材质等结构参数，以及适张度等应力状态参数侧重研究，为锯片结构的静态和动态设计工作的相结合，优化锯片技术质量水平服务。
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