高速中空热装刀柄-刀具结合部的建模与参数辨识

将高速中空(HSK)热装刀柄-刀具结合部简化为并联均布的弹簧-阻尼模型.建立热装刀柄-刀具结合部的有限元模型,根据弹性和黏性阻尼理论,分别对结合部内各位置的刚度和阻尼参数进行辨识,并使用多点耦合响应法验证其辨识参数的合理性.采用有限差分理论与实验相结合的方法对结合部端点处的刚度和阻尼参数进行辨识,并使用耦合响应法验证其辨识参数的准确性.提出了将有限元辨识的刚度参数和有限差分辨识的阻尼参数作为结合部的辨识参数,建立了HSK热装工具系统的梁单元模型,采用有限元法分析热装工具系统的模态,且与实验值比较,验证了其假设结合部参数的合理性.     

加工中心主轴系统两点结合RCSA逆算法

研究了加工中心主轴系统动力学特性理论预测方法,采用导纳综合子结构法对加工系统进行动力学建模.在动力学模型中,刀具和刀柄在2个单点结合,每个点具有一个横向位移自由度.两点结合的动力学模型无须考虑节点的转角自由度,因此简单可行.在求解方法上采用RCSA逆算法求解刀柄末端位移导纳矩阵,解决了刀柄结构复杂不易建模的难题和空间位移导纳有限不易测试的问题.然后进行算例研究,对长度为245,147和168 mm的刀具与相同刀柄耦合进行验证.结果表明,该RCSA逆算法能够准确求出刀柄位移导纳矩阵,并可根据刀柄位移导纳准确获得不同长度刀具安装进刀柄的复杂耦合情况下刀具末端的位移导纳.     

机床结合部耦合动刚度的辨识与建模

针对结合部动力学中耦合动刚度的辨识与建模问题,通过频响矩阵建立了结合部动力学理论模型,基于力学平衡条件与位移兼容条件推导了动刚度辨识公式.辨识过程中将难测频响矩阵作为中间变量,避免了估算难测频响所引入的方程误差,构建了包含辨识关系的矛盾方程.通过广义逆矩阵对动刚度进行等效处理,讨论了刚度信息之间的耦合关系,提出了结合部耦合动刚度的建模方法,建立了刚度信息不同程度耦合的动力学模型.最后,基于LMS试验平台进行了现场试验,获得了良好的试验效果,证明了该方法的可行性.对比分析了不同动力学模型的预测效果,结果表明:结合部动刚度耦合关系对动力学模型的低频预测性能影响显著,动力学建模时考虑刚度信息的耦合关系是必要的.     

高转速下主轴-刀柄结合部接触刚度分析

提出一种宏微观相结合的方法建立高转速下主轴-刀柄系统结合部接触刚度模型.宏观上假设主轴-刀柄结合面为理想圆锥面,通过有限元方法获得不同转速下锥形表面的接触压强分布;微观上假设接触表面由微凸体构成,并基于接触压强采用考虑域拓展因子影响的三维分形模型计算锥形结合部的接触刚度.以BT40刀柄为研究对象,其无转速工况下主轴-刀柄系统理论预测与实验频响函数一致性较好,在此基础上分析转速及拉刀力对结合部刚度影响规律,确定了转速极限值为1.5×10~4 r/min,拉刀力合理取值范围为[8,12]kN,研究结果为主轴-刀柄系统的结构优化及应用提供理论基础.     

直线滚动导轨结合部动力学特性测试及参数识别

基于辨识原理,提出了导轨结合部动力学参数的试验辨识流程,包括标记测量点、频响函数测试、测试数据处理、编制辨识程序等步骤.以组装在床身上的THK导轨结合部为对象,进行了动力学特性测试.并应用Matlab编制了辨识算法,识别出导轨结合部系统法向方向的质量矩阵、刚度矩阵、黏性阻尼矩阵和结构阻尼矩阵,证明了动刚度矩阵法辨识导轨结合部动力学参数的有效性.     

基于导纳综合法的立铣加工刀尖点动态特性预测

针对立铣加工系统中刀尖点动态特性理论预测的问题,研究了导纳综合法预测刀尖点位移导纳的方法.立铣加工系统被分为两个子系统,分割线位于刀具上.包含主轴的子系统结构复杂,不易精确建立动力学模型,因此采用试验方法获得其位移导纳.刀具子系统结构简单,采用有限元软件获得其位移导纳.两个子系统是具有不同截面的梁元件,二者通过单点结合,梁上节点具有平移和回转两个自由度.由两个子系统的位移导纳求出刀尖点的位移导纳.对上述方法进行了试验研究,以不同长度的45号钢棒为试验对象,获得了钢棒插入刀柄后的末端位移导纳.     

路面激励相干函数对车桥系统随机振动响应的影响

采用虚拟激励法建立多点输入相干激励车桥耦合随机振动模型,研究路面不平顺相干函数对车桥耦合系统振动响应的影响.将三轴自卸汽车离散为三维九自由度弹簧-质量-阻尼体系,桥梁离散为板-壳实体单元,考虑路面输入激励的相干性,研究Naryanan相干函数、Dieter相干函数和Zhang相干函数对车桥耦合系统振动响应及频谱特性的影响.研究结果表明:不同的相干函数对位移均方根和加速度均方差的影响效果不同;相干函数仅影响共振能量大小,不改变路面激励与车桥耦合系统的共振频率;研究车桥耦合随机振动响应时,路面激励相干函数对桥梁振动响应的影响可不计,但对车辆振动响应的影响不可忽略.     

滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别

针对滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别问题,提出在装配状态下辨识滚动结合部参数的新方法.首先,将左、右轴承副和丝杠螺母副简化为集中弹簧-阻尼单元,滚珠丝杠简化为弹性杆件,建立简谐激振力作用下系统的轴向刚度和阻尼参数辨识方程组.然后,根据激振力幅值、频率、各支撑点之间的距离和测量处的振幅等参数建立优化目标函数,采用粒子群遗传混合算法识别出轴向动态特性参数.研究结果表明,进给系统刚度和阻尼参数的辨识误差在2.56%以内,从而验证了该方法的正确性和有效性.     

基于子结构法的车内噪声快速修改预测

车内噪声是汽车NVH 性能的一个主要内容,快速预测结构修改对车内噪声的影响对汽车设计具有重要意义.基于传统的子结构方法,提出了一种波形基函数子结构方法,其利用选定的基函数来描述不同子结构接合面之间的耦合行为.由于基函数的数目远小于接合面的自由度数目,因此快速预测所用的仿真模型的尺寸将大大缩减,从而可实现快速修改预测.通过某型汽车车内噪声快速修改预测的算例,阐述和验证了这种方法.     

基于逆子结构法的振源耦合虚拟传递路径分析方法

针对现有传递路径分析(TPA)方法的局限性,根据基于频响函数的逆子结构法,提出一种振源耦合状态下的虚拟传递路径分析方法,并建立了该方法的具体流程.将这方法用于一个模拟动力总成和车身的有限元模型,通过逆子结构法识别振源耦合状态下的子结构及连接件的动态特性,结合子结构综合法合成系统传递函数,实现路径贡献量分析并找到了对系统响应峰值占主要贡献量的传递路径和影响最大的子结构传递函数,验证了该方法准确可行和工程应用简便的特点.