机床结构模态分析与优化设计软件的原理及应用

机床结构模态分析与优化设计软件ＭＡＯＤ使机床结构动态特性的分析及其 优化可以在微型机上完成。该软件以实际测量的激励和响应信号为输入信号。主要模块 包括：结构模态参数识别、复模态动画显示、动特性灵敏度分析、结构修改的模拟和结 构参数的优化等。文中简述了各主要功能模块的理论依据，给出了 ＭＡＯＤ软件应用于 框架结构和两台加工中心机床上的实例。     

计算模态响应灵敏度的两种方法比较

 从结构强迫振动的有限元方程出发,用Newmark 直接积分法和状态空间法两种不同的方法计算出结构的模态响应。进一步用两种方法推导了模态响应对结构物理参数(如单元杨氏模量)的灵敏度。计算了模态位移、速度和加速度响应对单元杨氏模量的灵敏度,并且对这两种方法的计算效率和精度进行了比较。计算结果表明两者精度相当,但状态空间法所需要的计算计时要少,比Newmark法具有较高的计算效率。因此,状态空间法更适合用于正问题分析中结构动态响应的计算。     

用传递函数拟合法优化识别机床的复模态参数

本文从机床受相对激励的一般情况出发,推导了机床结构的传递函数和模态参数之间的关系,讨论了在非线性阻尼条件下机床结构模态参数的识别方法。在研究线性最优化模态参数识别方法时,本文首先叙述了解矛盾方程比解法方程在数值稳定性方面优越:然后提出采用改进的镜像变换法直接解矛盾方程,既可以提高运算速度又能获得较高的运算精度。     

基于有限元模型的结构动力修改程序开发

在对模态参数灵敏度和结构动力修改进行理论分析的基础上,根据工程需要,采用FOR-TRAN语言开发了结构动力修改程序,该程序采用模态法和统一迭代法进行模态参数灵敏度计算,同时,采用二次规划算法和遗传算法进行动力修改逆问题求解。目前该程序可完成复杂结构模态参数的灵敏度分析及动力修改,具有较大的实际意义和应用价值。     

数控机床切削振动的动态性能试验分析

以一数控弧齿锥齿轮铣齿机为例，研究机床结构振动模态薄弱环节的确认方法，为结构改进提供依据、通过动态试验，测量机床刀具和工件间相对激振的频率响应曲线G（ω），并分析出机床结构存在两个薄弱模态振型．切削颤振试验表明，机床在切齿期间，系统结构存在不同的颤振频率，恰好和机床G（ω）的薄弱模态频率相对应．机床结构有限元模态和试验模态分析均验证了该结构薄弱模态的存在．     

利用状态空间法建立机床的动力学模型

本文利用状态空间法推导了在任意粘性阻尼情况下机床结构系统的质量、刚度和阻尼矩阵与模态参数的解析关系。先由模态参数算出机床结构系统的刚度和阻尼矩阵,再以这二个矩阵中元素的量级和排列情况作为一个判别准则,用来估计被研究的机床的刚度和阻尼布局,建立起其动力学模型的基本形式。然后利用拉格朗日第二类方程求出模型的含有未知动力学参数的刚度和阻尼矩阵,用之与由模态参数算得的刚度和阻尼矩阵相比较,得一组关于未知动力学参数的线性方程组,解之得诸动力学参数。作为实例,本文建立了MM7132机床结构系统有5个自由度的包括集中参数和分布参数的动力学模型。     

特征向量灵敏度分析的快速级数展开法

根据特征向量灵敏度分析的模态法,研究出计算特征向量灵敏度的快速级数展开法。该方法是用Ｎｅｕｍａｎｎ矩阵级数的表式来等效未知模态对特征向量灵敏度的贡献,并引入特征值移位量来控制矩阵级数的收敛性,从而明显地提高了计算效率。     

复模态参数的特征曲线法及其应用研究

提出了复模态参数特征曲线法。利用多节点数值技术,绘制复频率、复模态及复模态的一阶灵敏度的曲线,对具有代表性的复模态参数特征曲线的几何性态进行分析,不仅有利于结构优化与控制,而且可以有效地检验灵敏度的精度。利用一个具有7自由度的卡车集成结构系统来展示该方法的有效性及可行性。     

机械结构的理论模态分析方法

系统研究了灵敏度Lanczos迭代法、古杨恩聚缩法(Guyan)、同步矢量迭代法(SVI)3种求解复杂机械结构振动模态的分析方法,指出了影响计算精度的主要原因,针对古杨恩聚缩法提出了3点主自由度选择原则.用这3种方法对标准算例进行了计算,结果表明灵敏度Lanczos迭代法是最优方法,并用此方法求解了液压挖掘机工作装置中斗杆的振动模态,为合理选择复杂机械结构动态特性求解方法提供了理论依据.     

一种机床结构的模态综合法

本文在改进的Rubin自由界面模态综合法的基础上,结合机床结构特点,提出了一种基于机床部件的静、动态实验的机床结构模态综合法。该方法首先通过机床部件的静力实验,找出部件的附着模态矩阵,通过动态实验获得有关机床部件的保留模态信息。再从附着模态和保留模态矩阵中求出影响综合精度的剩余模态矩阵。最后利用部件对接界面弹性耦合力平衡和阻尼耦合力平衡的边界条件完成模态综合计算。文中给出了X502立式铣床的模态综合实例,以说明本方法的有效性。     

用振幅测量原理研究机器刚性转子现场双面动平衡问题的新方法

本文提出了一种研究机器刚性转子现场双面动平衡问题的新方法,即双试重法。该方法与现有方法,即单试重法相比,所能提高的工作效率和降低的能源消托,均可达百分之四十以上。文中从振动的基本理论出发,详细地推导了加双试重测算转子双面动不平衡量大小和方向的计算公式,讨论了对不同支承形式的处理方法。用在动平衡机上的模拟对比实验和对现场的电机转子系统的平衡实例,证明了这一新方法的正确性。     

家用果汁机声振分析

采用分部运转法、动平衡实验、功率谱分析和相干分析四种方法,比较准确的识别了家用果汁机的振源和噪声源,搞清了声振关系,为对家用果汁机减振降噪研究提供了可靠的依据     

基于机器视觉的柔性机械臂振动位移测量

 针对传统的振动位移测量方法中,间接测量法误差较大、准确度较低,而直接测量法虽能达到精度,但成本较高、实用性较差的问题,提出一种基于机器视觉的振动位移测量方法。选取电机驱动运动的柔性机械臂作为测量对象,通过CCD相机采集机械臂末端标记点运动图像,再经过阈值分割、质心检测等视觉处理,得到机械臂振动位移信息。通过搭建实验平台对该方法进行实验验证,并与压电材料测量法及仿真法得到的振动位移进行对比,结果表明,基于机器视觉的振动位移测量方法能够在不接触工况下,对柔性机械臂进行准确、实时的振动位移测量,相比于压电材料测量法,避免了公式误差等影响,具有明显的优越性。     

机床切削振动仿真计算的结构动力学模型

导出机床结构及自由度等效系统运动微分方程一般形式，分析了应用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法求解方程组仿真切削振动的局限，另一方面，对机床结构发展建立了运动积分方程，采用迭代法体现切割过程与机床结构的相互作用，指出利用该模型仿真切削振动的优越性，提出应用数值积分和简单迭代方法求解非线性积分方程组。     

模态分析中的机床稳定性指标

本文探讨了模态分析中的机床稳定性指标,导出了影响稳定模态的表达式;提出了提高机床稳定性的措施。     

利用MRD实现并联机床振动控制的研究

为解决并联机床实际结构动态特性差的弱点,将并联机床简化成黏性阻尼动力学模型,根据振动理论,分析了改变阻尼减小振动的机理.只有在外激励输入频率与结构固有频率的比值超过某一比值时,采用变阻尼控制才有可能同时取得位移峰值和加速度峰值的减少,取得减振控制效果.探讨了半主动控制提高并联机床的动刚度原理,提出采用磁流变液阻尼器作为减振器,提高其动态特性的方法.根据磁流变体的宾汉塑性模型,结合并联机床的特点,设计和制作了并联机床磁流变减振器虎克铰.     

碟式分离机整机动平衡的方法

针对碟式分离机整机振动的问题,分析了其结构及零部件的加工、定位和装配精度,比较了分离机工作状态与动平衡实验状态下支承反力的差异.重点介绍了振型分理原理,提出了碟式分离机整机现场平衡的校正方法,并通过实例证明该法的实用性及正确性.     

双自由度近共振球磨机的理论探讨

球磨机是一种应用广泛的粉碎物料的机械，虽然其结构简单，但能耗大，且粉碎效率不高，本文根据共振原理，从理论上提出一种只需较小的能量就可以通过磨球的冲坟来物料的双自由度近共振球磨机，探讨了磨球起振抛掷运动的条件以及满足条件的近共振地预和隔振系统参数。     

绕组故障时异步电机定子电磁振动频谱的计算

本文阐述在绕组故障和非故障情况下异步电机定子径向电磁振动频谱的计算方法,这一方法可以全面考虑各种气隙磁场谐波的影响,并对一台绕线式异步电机在定子绕组发生相间短路及正常运行时定子电磁振动的频谱作了计算和比较.     

基于能量的大跨结构的旋涡脱落共振实用分析

采用基于最大位移时能量相等原理，首次建立了振动过程中等效线性化法的弹性模量修正公式进行实用分析。以受拉二力杆单元取代索的单元的准线性结构采用试算法计算出结构横风向共振 的临界风速，并与原含索非线性结构用ANSYS程序进行时程分析的数值结果进行了比较。结果表明，采用以模量修正的受拉二力杆单元取代索单元的准线性结构精度良好，试算临界风速时的工作量显著减少，为类似问题提供参考。