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共振是一種常見的物理現(xiàn)象。振動的物體,每秒鐘完成全振動的次數(shù)稱為這種振動的頻率,單位是赫茲。振動又分為自由振動(無周期性驅動力)和受迫振動(有周期性驅動力)兩種類型。
物體發(fā)生無周期性驅動力的自由振動時,振動的頻率是由自身的質量、幾何形狀、材質等因素決定的,這種振動的頻率稱為物體的自激振動頻率。一般情況下,對同一物體而言是一個固定值。而物體在外加的周期性驅動力下做受迫振動時,振動頻率就不再按照自激振動頻率了,而是與驅動力的頻率相同。當受迫振動中,物體受到周期性驅動力的頻率與物體自身的自激振動頻率相同時,將會發(fā)生共振現(xiàn)象,這種情況導致的結果是使物體的振動幅度遠遠大于非共振狀態(tài)。
發(fā)生共振現(xiàn)象由于導致振動幅度加大,因此對機床的加工質量有很大的影響。
首先,共振造成的振幅過大會改變刀具和工件的正常運動軌跡,引起二者之間相對位置發(fā)生偏移。這樣不僅降低了加工表面的質量和尺寸精度,使工件表面粗糙程度增加,甚至出現(xiàn)振動波紋,同時,由于刀具的正常切削條件被打破,也會導致刀具磨損加快,使用壽命減少。
其次,被破壞的不只是刀具。由于振幅過大導致機床各零部件之間發(fā)生松動和異常磨損,因此大大減少了機床整體的加工精度、工作效率和使用壽命。
后,振幅過大還會帶來大量不必要的噪聲,對生產(chǎn)環(huán)境造成噪聲污染,影響操作工人的工作專注度,危害他們的身心健康。
以銑床為例,研究發(fā)現(xiàn),銑床在切削作業(yè)中,自激振動頻率通常在35赫茲到55赫茲之間,即每秒完成35到55次全振動;而受迫振動的驅動力頻率通常在26赫茲到66赫茲之間。由此可見,銑床通常的自激振動頻率恰在受迫振動驅動力頻率區(qū)間之內,導致共振現(xiàn)象時候發(fā)生。要想避免出現(xiàn)共振現(xiàn)象,就要使機床的自激振動頻率離開驅動力頻率這個區(qū)間,使其高于66赫茲或低于26赫茲。這必須通過改變機床設計結構和材料來實現(xiàn)。
再比如,機床在進行大件焊接時,焊接結構一般都屬于薄壁機構,這也是一種容易發(fā)生共振的結構。為增加板壁的自激振動頻率,以避免共振,就應該對薄壁加裝加強肋結構,肋條應該選擇質量輕、剛度大的材料,安裝時,慣性矩要大,形心矩要小。以輕型鋼結構形式和波紋板做板壁加強肋效果較好。
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