木工圆锯机转子系统动力学研究

论文摘要

本文通过对木工圆锯机结构、支承轴承特性及工作过程的分析,以国产MJ-90精密裁板锯转子系统（锯片、塔轮、锯轴、夹持装置和支承轴承）为研究对象,首次将木工圆锯机旋转构件作为转子系统,运用美国Rotating Machinery Analysis公司开发的大型转子系统动力学商业软件包XLROTOR,建立了木工圆锯机转子系统动力学模型。该模型可以考虑木工圆锯机各旋转构件（如锯片、夹盘、紧固螺母、主轴、皮带塔轮等零部件）的结构和安装位置对圆锯机系统动力学性能影响,同时还能考虑支承轴承的结构参数、工作参数及其安装位置对该系统动力学性能的影响。对于木工圆锯机可以考虑上述因素的模型,到目前为止还未见诸相关文献。在此基础上通过大量的分析计算,本文对木工圆锯机的动力学性能进行了较为详细的研究,所得主要结论如下;1.木工圆锯机转子系统存在陀螺效应,且陀螺效应对木工圆锯机转子系统的临界转速有较大影响。并且,转子系统主要零部件的陀螺效应与转子系统临界转速关系密切。例如,圆锯片直径大小对转子系统临界转速影响较大,在木工圆锯机的设计中,尤其要重视直径较大的薄圆盘零部件对木工圆锯机动态性能的影响。2.通过大量的计算分析得出,木工圆锯机的悬臂长度和支承跨距之比在0.349～0.52之间时,转子系统能够获得最高一阶临界转速。因此,从提高转子系统临界转速的角度出发,在设计支承跨距与悬臂长度时,应当遵循悬臂长度与支承跨距比的最佳动力学关系的原则。3.建立了转子系统主要零部件不平衡量与安装圆锯片处轴心不平衡响应关系曲线;并通过转子系统主要零部件不平衡量对圆锯片中心不平衡响应影响的研究,得出如下结论;在外夹盘、圆锯片、塔轮、锯轴各自不平衡量及其综合不平衡量（对称相位）对圆锯片中心不平衡响应的影响中,圆锯片和外夹盘的不平衡量是主要因素。并且,应当重点控制因主要零部件材质不均引起的不平衡量,这也是造成锯路过量损耗的主要因素之一。4.依据锯轴涡动现象建立了悬臂式木工圆锯机的锯路损失（ΔB）数学计算公式;AB=2（?）式中;θ=arctan[3Ia+2LIa/a（Ia+LIa）y1],为设计提供参考依据。5.依据XLROTOR的不平衡响应振幅计算结果,对主要零部件不平衡量造成的锯路损失进行了分析后得出;为了减少锯路损失,总体上控制各主要零部件因材质不均造成的不平衡量,比提高它们的公差等级更为有效。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 引言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文的主要研究内容及研究方法
• 2 木工圆锯机转子系统的陀螺效应
• 2.1 转子系统动力学的特点
• 2.2 陀螺效应对圆锯机转子系统临界转速的影响
• 2.2.1 锯轴的陀螺运动
• 2.2.2 锯片陀螺力矩的计算与分析
• 2.3 小结
• 3 木工圆锯机转子系统动力学建模
• 3.1 木工圆锯机转子系统建模现状
• 3.2 转子系统动力学计算软件XLROTOR介绍
• 3.3 木工圆锯机转子系统动力学建模
• 3.3.1 木工圆锯机切削机构组成及工作原理
• 3.3.2 木工圆锯机转子系统
• 3.3.3 木工圆锯机转子系统动力学模型的建立
• 4 主要零部件对转子系统临界转速影响
• 4.1 主要零部件对临界转速影响的计算与分析
• 4.1.1 模型一（M1）:转子系统动力学几何模型
• 2）:转子系统动力学等效质量模型'>4.1.2 模型二（M₂）:转子系统动力学等效质量模型
• 4.1.3 各工况下转子系统临界转速
• 4.2 陀螺效应对临界转速影响分析
• 4.2.1 同一模型中系统临界转速变化的分析
• 4.2.2 不同模型对系统临界转速影响的分析
• 4.3 小结
• 5 转子系统几何因素对其临界转速影响
• 5.1 悬臂长度对临界转速影响
• 5.2 支承跨距对临界转速影响
• 5.3 圆锯片（及夹盘）直径对临界转速影响
• 5.4 悬臂长度与支承跨距比例对临界转速影响
• 5.5 MJ-90木工圆锯机的最高工作转速选定
• 5.6 小结
• 6 圆锯片中心的不平衡响应影响研究
• 6.1 公差引起的不平衡响应
• 6.1.1 夹盘1（外夹盘）与圆锯片中心不平衡响应关系
• 6.1.2 夹盘2（内夹盘）与圆锯片中心不平衡响应关系
• 6.1.3 圆锯片不平衡质量与圆锯片中心不平衡响应关系
• 6.1.4 锯轴不平衡质量与圆锯片中心不平衡响应关系
• 6.1.5 塔轮不平衡质量与圆锯片中心不平衡响应关系
• 6.2 非均质条件下引起的圆锯片中心不平衡响应
• 6.2.1 按圆锯片检测标准计算不平衡量引起的不平衡响应
• 6.2.2 圆锯片引起的不平衡响应
• 6.2.3 外夹盘引起不平衡响应
• 6.2.4 圆锯片与外夹盘引起的不平衡响应对比
• 6.3 各零部件综合引起的不平衡响应
• 6.3.1 制造公差引起圆锯片中心不平衡响应
• 6.3.2 材质不均引起圆锯片中心不平衡响应
• 6.4 小结
• 7 锯轴涡动对锯路宽度影响
• 7.1 圆锯片陀螺效应对锯路宽度影响的分析
• 7.1.1 圆锯片摆动造成的锯路宽度变化
• 7.1.2 圆锯片摆动造成的锯路宽度计算
• 7.2 公差不平衡质量对锯路宽度影响
• 7.2.1 圆锯片公差对锯路宽度影响
• 7.2.2 外夹盘公差对锯路宽度影响
• 7.3 材质不均不平衡质量对锯路宽度影响
• 7.3.1 圆锯片材质不均对锯路宽度影响
• 7.3.2 外夹盘材质不均对锯路宽度影响
• 7.4 各不平衡量综合对锯路宽度的影响
• 7.4.1 公差的影响
• 7.4.2 材质不均的影响
• 7.5 小结
• 8 结论与创新
• 8.1 结论与创新
• 8.2 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 博士在读期间发表的论文
• 致谢