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机床固定结合部动力学参数化建模

作　者: 黄小磊
导　师: 毛宽民
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 螺栓结合部刚度影响因子幂函数拟合响应曲面法参数化模型刚度矩阵组装
分类号: TP391.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 38次
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内容摘要

现代机床已经朝着高速、高精及集成化方向发展,机床的加工性能很大程度上受到其动态特性的影响。研究表明:结合部对机床整体性能的影响很大。因此为了对机床的整机性能进行预测,实现机床的优化设计,必须深入研究机床的结合部动态特性影响对机床性能的影响。目前,结合部的研究在动力学建模和参数识别方面取得了很多研究成果,但是尚没有深入研究各因素对结合部动力学参数影响。本文通过对XHK5140、七轴五联动机床以及北京机电院机床进行调研,针对“线型”螺栓结合部的主要影响因素(粗糙度、预紧力、尺寸等),设计了一系列结合部单元试件模型。首先利用LMS Test.Lab振动测试与分析系统对试件进行模态试验,采用理论建模与模态试验相结合的参数辨识方法,识别结合部动力学参数(主要指动刚度);然后通过对各种工况下的结合部试件的刚度矩阵进行分析,提出了动刚度和预紧力之间的幂函数模型,并验证了该幂函数模型的有效性;通过正交试验分析了各因素对结合部动刚度的影响,并基于响应曲面法(RSM),通过全面试验,综合幂函数模型,提出了结合部参数化统计模型,随后利用软件Matlab的GUI界面功能设计了结合部参数化数据库管理系统;最后通过单个结合部单元、多个结合部单元试件的模态试验,通过DMIG将参数化统计模型计算出来的刚度矩阵导入到MSC.FEA有限元模型中进行验证。经过大量的试验,证明了本文所建立的结合部动力学参数化模型是合理的。基于该参数化模型,可以计算出不同结合部工况的动刚度矩阵;在机床进行动力学建模时可以用于模拟螺栓联接结合部的动态特性,能够很大程度地节约试验成本,而且具有很高的精度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题的研究目的及意义  9-10
  1.3 机床结合部动力学建模和参数识别的研究现状  10-16
  1.4 本文的研究内容  16-17
  1.5 本章小结  17-18
2 机床结合部的分类及螺栓结合部影响因素分析  18-25
  2.1 机床螺栓联接结合部的分类  18-19
  2.2 机床螺栓结合部影响因素分析  19-23
  2.3 试验方案总结  23-24
  2.4 本章小结  24-25
3 机床双螺栓结合部的动力学特性影响因素研究  25-36
  3.1 结合部试件模态试验  25-26
  3.2 基于频响函数的结合部单元的参数识别基本理论  26-30
  3.3 基于正交试验的结合部各因素影响研究  30-32
  3.4 结合部刚度值与预紧力的拟合  32-35
  3.5 本章小结  35-36
4 螺栓结合部动力学参数化建模  36-49
  4.1 全面试验结果分析  36-38
  4.2 响应曲面法  38-39
  4.3 回归曲面方程的建立  39-41
  4.4 多项式曲面回归算法  41-42
  4.5 参数化模型计算结果  42-45
  4.6 基于Matlab 的结合部动力学模型数据库的建立  45-48
  4.7 本章小结  48-49
5 机床双螺栓结合部动力学参数化模型验证  49-65
  5.1 参数化模型在单个结合部单元上有效性验证  49-50
  5.2 结合部单元刚度矩阵的坐标变换  50-53
  5.3 参数化模型在多个单元的结合部试件上有效性验证  53-64
  5.4 结论  64-65
6 全文总结与展望  65-67
  6.1 全文总结  65-66
  6.2 全文展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-73
附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文  73-74
附录Ⅱ 结合部刚度矩阵  74-79

机床固定结合部动力学参数化建模

内容摘要

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