对木工圆锯片系统动刚度特性参数的试验分析
本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 编辑同行相互学习！
对木工圆锯片系统动刚度特性参数的试验分析
For woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic
parameters of dynamic stifness
郝敬冬王正 韩江梁金辉 ’
(南京林业大学木材工业学院南京210037)
摘要：基于满足木工圆锯片优化设计与应用，提高对木工圆锯机及圆锯片系统的动态特性检测
水平等需要。本文依据结构动力学原理，采用随机激励振动测量法，分别对自由悬挂和安装在圆锯机
上两种支撑方式的木工圆锯片，进行其系统的动刚度特性参数进行测量。结论表明，圆锯片系统动刚
度频谱为一条随频率变化的曲线，且有多个峰值，每个峰值处动刚度值相对较大；某一系统的动刚度
大，代表其振动响应小，即意味着该系统在单位力作用下产生的变形就小。
关键词：木工圆锯片；频响函数；动刚度；试验；分析
中图分类号：TS643
在木工机械行业，木工圆锯片在锯切过程中，
普遍存在机械振动问题。振动不仅会产生噪声污
染、缩短圆锯片的使用寿命、降低锯切质量、增
大锯路，还会加剧圆锯片的变形失效，甚至引起
安全事故。在实际使用过程中，圆锯片的动态稳
定性问题是一个不容忽视的普遍存在的问题，有
必要对其振动特性进行研究。机械系统的振动特
性，主要决定于系统本身的惯性、弹性和阻尼参
数。圆锯片系统的动刚度为其线性定常机械系统
中激励力相量与响应的加速度向量之比，反映其
在特定的动态激扰下抵抗变形的能力，即引起单
位振幅所需要的动态力。圆锯片系统的动刚度越
大，其抗变形能力就越大。因此，实际工作中，
对木工圆锯片的动刚度研究工作显得尤为重要。
国内外同行对圆锯片的动刚度特性的基础应
用研究成果较多，但主要集中在改变诸如锯身结
构，如减振槽、卸荷槽等方面，本课题以结构力
学和机械振动机理为基础，利用先进的振动信号
数据采集与分析测量系统，对木工圆锯片及其圆
锯片系统的动刚度(或动柔度)进行测量及相关
分析，并通过其模型计算，验证它们的相关性等，
以期通过理论计算与试验验证分析，达到对木工
圆锯片的事先优化设计目的，同时对提高木工圆
锯机及圆锯片的综合动态特性检测水平提供借
鉴。
1 材料和仪器设备
本文试验设备为500mm万能木工圆锯机，使
用的木工圆锯片主要参数：外径300mm、齿宽
3．2mm、齿厚2．2ram、内径30mm、齿数96、最高
转速6800r／min；其测量仪器为南京安正软件工程
有限公司产的振动及动态信号采集分析系统l
套，包括调理箱、采集箱、信号与数据分析软件
及计算机，并主要配置：江苏联能电子技术有限
公司产的LC1301力锤l把，量程500N，包括
CL—YD一303型力传感器1把，灵敏度3．89pc／N，
选用橡胶头；CA—YD一185型压电式加速度传感器
1只，电荷灵敏度4．89pc／N，质量4g。
2 测试原理与过程
2．1测试原理
动刚度为线性定常机械系统中激励力向量与
响应的加速度向量之比。本试验采用机械动力学
的瞬态激励法，其频响函数为输出的傅里叶变换
与输入的傅里叶变换之比。主要测量原理是：通
过实现圆锯片测试系统的动态信号调理箱和采集
箱上的双通道(CHI为力通道，CH2为加速度传
感器通道)的测量连接，再敲击圆锯片，使其产
生横向自由振动，通过加速度传感器接受机械受
力信号并将其变为电信号，再经信号调理仪放大、
滤波后，对其进行信号的A／D 集及谱分析，从
1／H 频谱中可得出圆锯片系统的阶次频响函数
谱、一条随频率变化的动刚度曲线和阶次动刚度
幅值。
2．2测量过程
AdCras数据采集及处理参数设置：采样频率
1000Hz；CH1单位设为(N)、CH2单位设为
(mm／s )； CH1放大100倍CH2放大100倍。
Standard and test标准与检溺
SsCras信号与系统分析参数设置：分析频率为
500Hz，频响函数类型为1／Ht，频谱类型为线性谱；
为防止频率混迭，本试验选择低通滤波器的频率
上限，滤波频率设为1000Hz。
本试验对在自由悬挂和安装在圆锯机上两种
不同状态下的圆锯片系统进行动刚度特性参数的
测量。试验中，力锤上安装橡胶头产生激励信号
(CH1)；将1只加速度传感器牢固安装在圆锯片
上，接受响应信号(CH2)。其试验框图见图1、
图2。
图l 圆锯片系统自由式悬挂状态动刚度试验框图
图2 安装在圆锯机系统上测量圆锯片动刚度框图
实测前，进入示波方式，每敲击圆锯片一次后
要等待锯片稳定后再进行第二次敲击，检查仪器
连接线是否接通，波形是否合理等，不合理时将重
新设置之；正式测量时，用带塑料头的力锤敲击圆
锯片，激起圆锯片系统振动，以触发方式采集数
据，进行动态信号频谱分析，由此得到系统各阶
的动刚度幅值。
3 结果与分析
木工机床2011 No．2
3．1数据结果
图3为悬挂系统中圆锯片的固有频率频谱图
以及测量数据；图4为固定在圆锯机系统中的固
有频率频谱图以及测量数据；图4为悬挂系统中
1／H 频谱及测量数据；图6为固定在圆锯机系统
中1／H 频谱及测量数据；1／H 频谱中的横坐标表
示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU)。
3．2数据计算及分析
通过分析圆锯片在两种不同状态下的1／H 频
谱及测量数据(图5和图6)我们可以得出，动
刚度频谱是一条随频率变化的曲线。1／H。频谱中
的横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU o
根据动刚度计算公式 ： 计算出前十阶
固有频率对应的动刚度的值，见表1。
表1圆锯片系统两种状态下的各阶动刚度值计算表
固有频率 幅阶次 值 动刚度值 阶次 固有频率 幅值 动刚度值
f(HZ) A(dB) Enns(N／M) f(HZ) A(dB) Erms(N／M)
1 3．42 36．83 0．0798 1 8．06 60．58 0．O236
2 5．37 34．94 0．0307 2 12．45 41．26 0．00670
3 10．O1 27．23 0．00689 3 16．85 41．44 0．00370
4 17．09 27．81 O．OD241 4 19．78 40．o7 0．OO26O
5 19．78 27．9 0．0o181 5 26．86 41．58 0．00146
6 30．03 29．71 0．000835 6 30．O3 48．76 0．oo137
7 31．49 31．46 0．O0o804 7 35．89 47．3 0．000931
8 36．13 30．1 0．O0o585 8 45．17 42．59 0．00o519
9 38．82 28．42 O．0O0478 9 60_3 44．98 0．000314
1O 47．85 27．38 O．0o0218 10 64．2l 40．76 0．O0o251
悬挂自由系统中圆锯片的动刚度值计算 安装在 圆锯机系统状态下圆锯片的动刚度值计算
4 结论与建议
4．1根据动刚度1／H1频谱得知，动刚度频谱是一
条随频率变化的曲线。某一结构系统的动刚度大，
代表其振动响应小，即意味着该系统在单位力作
用下产生的变形就小。
4．2 表1表明，两种状态系统的第一阶固有频率
所对应的动刚度值最大。其固有频率的阶数越大，
其动刚度值均呈依次减小的规律。
4．3 图3、图4频谱中，当系统的激励频率与其
固有频率发生耦合时，易发生共振现象，此时其
动刚度值为最小，易产生变形。在木工圆锯片的
设计及生产中，建议注重圆锯片的固有频率和动
刚度动态参数特性问题，提高圆锯片动刚度的值，
如在锯切的时候，应尽量调整圆锯机系统的振动
频率，使频率接近动刚度值较大时的固有频率，
这样可以减少因圆锯片的振动而带来的损害，提
高其使用寿命和产品质量等。
参考文献
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击》，20Q9，28(2)：124～127
第一作者：郝敬冬南京林业大学木材工业学院工业装
备与过程自动化专业090421班学生
通讯作者：王正南京林业大学木材工业学院高级工程师
博士
(投稿日期：2011．6．9)
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