【摘 要】
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在装备制造业迅猛发展下,复杂机械零件的加工对机床各方面性能提出了更高的要求,尤其是机床本身的动态性能。研究表明,结合部对机床整机动力学性能有着重要的影响,要准确分析
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在装备制造业迅猛发展下,复杂机械零件的加工对机床各方面性能提出了更高的要求,尤其是机床本身的动态性能。研究表明,结合部对机床整机动力学性能有着重要的影响,要准确分析机床整机结构动力学性能,建立机床整机动力学模型,实现其结构优化设计,就必须准确掌握结合部动力学行为及其对整机特性的影响规律。目前,结合部动力学行为预测及等效参数辨识已成为机床整机动力学精准建模过程中亟待解决的关键共性问题。因此,本文以螺栓结合部为对象,针对其动力学建模以及等效动力学参数的辨识方法展开深入研究,主要研究工作包括:1、构建基于子结构综合理论的螺栓结合部动力学模型。以基于频响函数的子结构综合法为理论主线,建立结合部动力学行为辨识方程,并推导出其动刚度Za理论表达式;2、建立基于Timoshenko梁的子结构动力学模型。子结构采用Timoshenko梁单元,通过对Timoshenko梁选取的实验和计算幅值对比验证:在其特征峰1、2处,对应的频率误差分别为0.49%、0.99%,对应的幅值误差分别为1.35%、3.27%,由此说明用Timoshenko梁单元来建立子结构有限单元模型具有较高的准确性;3、提出基于最优化设计的螺栓结合部等效动力学参数辨识方法。利用该模型计算结构测点频响函数以及借助装配体实验锤击法获取结构测点的频响函数,进而联合奇异值分解法与最小二乘法,优化辨识螺栓结合部等效动力学参数;4、提出基于灵敏度分析法的结合部等效动力学参数二次精准辨识方法。借助灵敏度分析法,选出能较真实反映螺栓结合部性能特性的频段,再进行参数辨识,将选频与不选频辨识的结果通过对比实验与计算幅值发现:不选频在特征峰1、2和3对应的频率误差为1.38%、1.51%和0.84%;选频后在特征峰1、2和3对应的频率误差为1.12%、1.64%和0.75%。由此说明了借助灵敏度选频分析的方法对刚度-阻尼的辨识精度有很大的提升;5、预测考虑螺栓结合部动力学行为的机床整机特性。在实际工程中,从考虑和不考虑螺栓结合部的情况下,通过对比计算和实验的幅值发现:考虑结合部的情况更加贴近实验值,由此,说明了整机建模中螺栓结合部是必须考虑的;6、开发基于Matlab GUI的螺栓结合部特性辨识系统。基于Matlab GUI平台开发机床典型螺栓结合部特性辨识系统软件,工程师利用该软件能方便快捷的辨识出螺栓结合部动力学参数,为准确构建机床整机数字化模型及结构优化设计提供数据支撑,更好地协助机床企业全面实现数字化设计与制造。
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