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機床動態(tài)特性研究的方法
閱讀：139 發(fā)布時間：2020-8-11
機床結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的研究方法大體可以分為理論研究方法、試驗研究方法和
理論與試驗相結(jié)合的研究方法[8]。理論研究方法是按照設計圖紙，建立機床結(jié)構(gòu)
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的動力學模型，根據(jù)這個模型進行分析、綜合和計算，邊分析邊改進設計，逐步 達到預先給定的設計要求；試驗研究方法是對機床的具體結(jié)構(gòu)進行動態(tài)測試，根 據(jù)測試數(shù)據(jù)進行動力分析，找出限制機床動態(tài)性能提高的薄弱環(huán)節(jié)為改進設計提 供依據(jù)；兩種相結(jié)合的方法是以測試數(shù)據(jù)為基礎，建立機床結(jié)構(gòu)的力學模型，再 根據(jù)這個力學模型進行動力分析和動力設計，這樣做可以預測改進設計的效果， 有效地達到改進設計的目的。下面就這三種方法做簡單介紹。
隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展和工藝水平的提高，機床產(chǎn)品和設備不斷向高速、 高效、精密、輕量化和自動化方向發(fā)展，對機床的要求越來越高。這些性能要求 與機床的動態(tài)特性有著十分密切的關系，改善機床動態(tài)特性，可以提高機床的抗 振性能、加工精度和效率、延長使用壽命、增加可靠性和減少機床的機械噪聲。
目前，對機械結(jié)構(gòu)動態(tài)性能的研究主要有三種基本方法，即有限元理論建模 及分析方法、試驗建模及分析方法、二者相結(jié)合的方法。
有限元理論建模及分析方法是基于結(jié)構(gòu)動力學原理，根據(jù)結(jié)構(gòu)的設計方案、 圖樣、經(jīng)驗知識和資料等建立起能模擬機械結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的有限元動力學模型， 而無需依賴己有的機械設備。通過對該動力學模型的分析計算，即可獲得該機械 結(jié)構(gòu)各種模擬的動態(tài)特性。這不僅可以檢驗其動態(tài)特性是否滿足設計目標、是否 需要對結(jié)構(gòu)進行修改，還可通過對理論模型的計算機仿真，預估結(jié)構(gòu)設計及其改 進后的動力特性或?qū)ζ溥M行動態(tài)優(yōu)化設計，從而可對多種設計方案反復進行分析 比較、修改，使其動態(tài)特性逼近設計目標函數(shù)的要求。
試驗建模及分析方法是通過對己有機床或其模擬試驗裝置進行動態(tài)試驗以得 到激勵和響應信息，并根據(jù)所得信息識別振動結(jié)構(gòu)模型參數(shù)的規(guī)律和方法。對大 多數(shù)問題，輸入、系統(tǒng)和輸出三者之間有著確定性的關系，只有少數(shù)非線性問題， 這種確定性關系才不存在。因此人們以一定假設為前提，以一定理論為基礎，以 動態(tài)試驗及其所得信息的分析理論為手段，研究得到系統(tǒng)辨識的多種方法，從而 可建立試驗所得的動力學模型，對其進行分析求解，即可求得其動態(tài)特性。這就 形成了試驗模態(tài)分析的理論和方法。該方法是對現(xiàn)有機床（或其試驗裝置)進行動 態(tài)試驗建模，因而避免了結(jié)構(gòu)、各結(jié)合部連接條件及其等效動力學參數(shù)、阻尼假 設、各種邊界條件的近似及簡化，以及近似計算等帶來的誤差，故所得試驗模型 與現(xiàn)有機床的實際工況有較高的精度吻合，對其動態(tài)特性的模擬精度較高，這也 是該方法的優(yōu)點。
事實上這兩種方法并無嚴格的界定，模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性的一種近 代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領域中的應用[9]。模態(tài)是機械結(jié)構(gòu)的固有振 動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可 以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態(tài)分析。這個分 析過程如果是由有限元計算的方法取得的，則稱為計算模態(tài)分析；如果通過試驗 將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號經(jīng)過參數(shù)識別獲得模態(tài)參數(shù)，稱為試驗模態(tài)分析。 有限元模態(tài)分析方法在當今迅速發(fā)展，其分析軟件種類繁多，對于解決單一機床 零部件的動力分析己達到一定的精度可用于單一零部件的動力優(yōu)化設計，但對于 機床整機復雜的結(jié)合體、運動體等進行CAE理論模態(tài)分析，難于解決機床整機結(jié) 構(gòu)動力優(yōu)化設計，特別是對各結(jié)合面的剛度、阻尼分布難于建立與實際相一致的 數(shù)學模型和物理模型。在實際分析中試驗模態(tài)分析法能及時的對動力學模型進行 結(jié)果檢驗并補充修正，能比較真實的反應實際情況，故通常都會采用試驗模態(tài)進 行動態(tài)特性分析。 *
理論與試驗相結(jié)合的方法把機械結(jié)構(gòu)有限元理論模態(tài)分析的正過程和試驗模 態(tài)分析的逆過程有機地結(jié)合起來，并根據(jù)實際需要交替反復應用，從而實現(xiàn)了機 械結(jié)構(gòu)的動力修改至動態(tài)優(yōu)化設計的全過程，以求得系統(tǒng)的數(shù)學模型及其 優(yōu)的動態(tài)特性模態(tài)分析，稱為理論——試驗模態(tài)分析。該方法進一步擴大了前兩 種方法工程應用的范圍并顯著提高其工程應用的效果，己成為目前的發(fā)展方向。
本文采摘自“VMC1060型立式加工中心試驗模態(tài)分析”，因為編輯困難導致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡中查找相關文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡僅供學習參考，轉(zhuǎn)載請注明！