模態(tài)分析技術(shù)在機床設計中的應用價(jià)值分析論文

　　0 前言

　　隨著(zhù)國內重工業(yè)行業(yè)的不斷發(fā)展，國內對與高精度、高效率的數控機床的需求也在不斷增加。因此數控機床在設計階段就要盡可能的減小其變形，進(jìn)而要求設計者對設計模型要有準確的分析過(guò)程，為機床的生產(chǎn)和使用打下基礎。而對于機床動(dòng)力學(xué)性能的主要分析內容便是模態(tài)分析，機床的模態(tài)直接反映了機床的加工性能。隨著(zhù)理論的不斷成熟，實(shí)驗模態(tài)方法被廣泛的應用于機床設計過(guò)程中。

　　1 模態(tài)分析起源與發(fā)展

　　模態(tài)分析是近年來(lái)出現的一種針對結構動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究的新方法，它的主要內容是將系統的辨別方法應用于工程振動(dòng)的領(lǐng)域內。所謂模態(tài)是指機械結構在其固有振動(dòng)中表現出來(lái)的特性，對于結構固有振動(dòng)中的每個(gè)振動(dòng)模態(tài)都有其一一對應的振動(dòng)頻率即固有頻率、阻尼比以及其對用的振動(dòng)方式即振型。通過(guò)大量的計算或者實(shí)驗分析可以獲取到結構的這些模態(tài)參數，而我們定義的模態(tài)實(shí)驗指的就是這些計算或者實(shí)驗分析過(guò)程，若是通過(guò)有限元計算的方法得到這些模態(tài)參數的，就將這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為計算模態(tài)分析;除了計算模態(tài)分析還有實(shí)驗模態(tài)分析，所謂實(shí)驗模態(tài)分析是指模態(tài)參數的獲得是通過(guò)實(shí)驗獲得的，實(shí)驗過(guò)程中則通過(guò)實(shí)驗參數的識別將采集的系統輸入與輸出信號進(jìn)行分析獲取。

　　實(shí)驗模態(tài)技術(shù)源于20世紀30年代提出的將機電進(jìn)行比擬的機械阻抗技術(shù)。由于當時(shí)測試技術(shù)及計算機技術(shù)的限制，它在很長(cháng)時(shí)期內發(fā)展非常緩慢。到20世紀50年代末，該技術(shù)僅限于離散穩態(tài)正弦激振方法。60年代末，計算機技術(shù)飛速發(fā)展使得實(shí)驗數據梳理和數值計算技術(shù)出現了嶄新的面貌，模態(tài)分析得到快速發(fā)展而日趨成熟。從80年代中期到90年代，模態(tài)分析技術(shù)在各個(gè)工程領(lǐng)域得到普及和深層次運用，尤其是在解耦股性能評價(jià)、結構動(dòng)態(tài)修改和動(dòng)態(tài)設計、故障診斷和狀態(tài)監測以及聲控分析等方面的應用研究異�；钴S，取得了豐碩的研究成果。1947年KenDedy和Pancu在論文中提出了用來(lái)精確地確定航空結構的固有頻率和阻尼比的敘述方法，此方法沿用多年，直到流失年代測量和分析技術(shù)的迅速發(fā)展，為更精密的測量和更有效且廣泛的應用鋪平了道路。1963年，畢曉普和克拉德威爾的論文中描述了實(shí)驗模態(tài)原理的現狀，其理論大大超出了當時(shí)的實(shí)驗水平。同時(shí)期，salter所著(zhù)的書(shū)中從完全不同的觀(guān)點(diǎn)提出用非解析方法來(lái)處理測量數據。到1970年，傳感器、電子學(xué)和數學(xué)分析等方法都有了重要的發(fā)展，從而建立了目前的實(shí)驗模態(tài)分析技術(shù)。目前，模態(tài)分析技術(shù)已經(jīng)成為一門(mén)重要的工程技術(shù)。

　　2 模態(tài)測試技術(shù)

　　模態(tài)分析技術(shù)得以進(jìn)行時(shí)依賴(lài)于測試技術(shù)的發(fā)展。一般來(lái)說(shuō)，振動(dòng)測量方法可分為兩類(lèi)。第一類(lèi)是僅測量響應電平，這種方法有一個(gè)缺陷，即不能判斷出大響應電平的產(chǎn)生原因，其產(chǎn)生可能是由于大激勵力或者力矩，也有可能由結構共振所致。第二種方法是同時(shí)測量輸入輸出。在振動(dòng)測試中，頻響函數的測試方法一般可分為單點(diǎn)激勵和多點(diǎn)激勵兩種，前者是對結構的某一點(diǎn)激勵，同時(shí)測量所有點(diǎn)的響應;后者是對結構的某些點(diǎn)激勵，同時(shí)測量各點(diǎn)的響應。振動(dòng)測試系統一般由以下三部分組成：激振部分、拾振部分、分析、顯示、記錄部分。激振系統包括了信號源，功率放大器和激振器。常用的激勵信號有正弦、隨機、瞬態(tài)和周期等。信號源產(chǎn)生的信號十分微弱，所以需要用功率放大器來(lái)放大激勵信號，激振器是用來(lái)產(chǎn)生激勵的裝置。常用的激勵方式有兩種：錘擊激勵法和激振器激振法。錘擊激勵的方法是對被測結構用力錘施加一個(gè)已知的輸入力，該力錘帶有力傳感器，使用加速度傳感器測量出各個(gè)測點(diǎn)的響應，利用軟件的頻響函數分析模塊計算頻響函數數據，并且利用一定的模態(tài)參數識別方法得到結構的模態(tài)參數。錘擊激勵法又有兩種方法：?jiǎn)吸c(diǎn)激勵法和單點(diǎn)拾振法。錘擊激勵法的優(yōu)點(diǎn)是不給待測結構附加任何質(zhì)量不會(huì )影響結構的動(dòng)特性;適用于質(zhì)量較輕、比較剛硬的結構;實(shí)驗操作簡(jiǎn)單。

　　3 實(shí)驗模態(tài)在機床設計中的應用與過(guò)程

　　模態(tài)分析所尋求的最終目標在于改變按機械結構系統有經(jīng)驗、類(lèi)比和靜態(tài)設計方法為動(dòng)態(tài)優(yōu)化設計方法，對系統結構進(jìn)行是識別、分析和評價(jià)，找出問(wèn)題，并進(jìn)行優(yōu)化設計。隨著(zhù)現代工業(yè)對工藝的要求越來(lái)越高，高速高精度高生產(chǎn)率成為現代機床的普遍要求。實(shí)現這一要求，就必須保證機床結構具有良好的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗模態(tài)分析技術(shù)是研究結構動(dòng)力特性的一種近代方法，他通過(guò)模態(tài)分析理論、系統辨識理論把理論分析與動(dòng)態(tài)測試結合起來(lái)，具有很高的使用價(jià)值。

　　實(shí)驗模態(tài)分析技術(shù)應用于機床行業(yè)，主要目的是改進(jìn)機床的動(dòng)態(tài)性能及為優(yōu)化設計提供客觀(guān)的實(shí)驗數據，其應用主要有以下三個(gè)方面：

　�。�1）改善產(chǎn)品的抗振性能;

　�。�2）實(shí)驗模態(tài)與理論模態(tài)分析相結合的組合結構分析;

　�。�3）結構動(dòng)力修改。

　　實(shí)驗模態(tài)經(jīng)常使用的實(shí)驗模態(tài)分析系統是LMS Test. Lab 。LMS Test. Lab是一整套的振動(dòng)噪聲實(shí)驗解決方案，是高速多通道數據采集與實(shí)驗、分析、電子報告工具的完美結合。LMS Test. Lab在模態(tài)實(shí)驗上的應用十分成熟，LMS的模態(tài)分析解決方案還支持LMS Poly MAX模態(tài)識別技術(shù)，以及自動(dòng)模態(tài)參數選擇（AMPS）功能，可以在數分鐘內自動(dòng)地提取高品質(zhì)模態(tài)模型。AMPS功能可以系統地確保獨立于用戶(hù)的分析結果，并且與其它方法相比較能夠更快地提取模態(tài)模型參數。這樣極大地提高了模態(tài)分析的可靠性、整體質(zhì)量和分析速度。一般進(jìn)行實(shí)驗模態(tài)分析的步驟主要如下：

　�。�1）了解機床的結構特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，并進(jìn)行實(shí)驗前的分析;

　�。�2）確定實(shí)驗方案，選擇測點(diǎn)的位置;

　�。�3）根據確定的測點(diǎn)位置進(jìn)行實(shí)驗模態(tài)建模;

　�。�4）測試完畢后根據測試結果，對測試不好的結果進(jìn)行補測。

　　模態(tài)實(shí)驗中的激振方法主要有力錘激振法和激振器激振法，機床的模態(tài)實(shí)驗常用的激勵方法是力錘激勵法，使用的拾振方式是單輸入多輸出方式，即一點(diǎn)錘擊激勵、多點(diǎn)拾振的方法。而測點(diǎn)（或響應點(diǎn)）的布置要注意以下幾點(diǎn)：

　�。�1）基本反映機床結構輪廓;

　�。�2）在結合面處的兩個(gè)部件都應該布置測點(diǎn);

　�。�3）在能夠反映機床結構輪廓的前提下，盡量選擇能夠在XYZ三個(gè)方向都容易安裝傳感器的點(diǎn);

　�。�4）保證所關(guān)心的結構點(diǎn)（如在結合面處的點(diǎn)）在所選的測點(diǎn)之中。

　　4 結論

　　本文通過(guò)對模態(tài)分析的基本原理及其發(fā)展過(guò)程（下轉第139頁(yè)）（上接第88頁(yè)）的介紹，結合實(shí)驗模態(tài)的原理及其分析應用系統，主要說(shuō)明了機床設計過(guò)程中模態(tài)分析的內容及實(shí)驗模態(tài)分析過(guò)程中的基本步驟及需要注意的問(wèn)題，為機床設計過(guò)程中必要的動(dòng)力學(xué)分析及測試提供了理論基礎。

　　【參考文獻】

　　楊蕭，唐恒齡，廖伯瑜.機床動(dòng)力學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，1983.

　　劉曉東.精密機床的實(shí)驗模態(tài)分析.昆明：昆明理工大學(xué)，2009.

　　方珠芳.MGK7350平面磨床的實(shí)驗模態(tài)分析與磨頭部件的結構改.杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2010.

　　楊景義，王信義.實(shí)驗模態(tài)分析.北京：北京理工大學(xué)出版社，1990.

　　周傳榮，趙淳生.機械振動(dòng)參數識別以其應用.北京：北京理工大學(xué)出版，1990：1-5.

【模態(tài)分析技術(shù)在機床設計中的應用價(jià)值分析論文】相關(guān)文章：

BIM技術(shù)在鐵路設計中的推廣應用分析論文12-01

電力技術(shù)中電力節能技術(shù)應用分析論文03-16

分析超濾技術(shù)在化工工藝中的應用論文03-10

GIS系統在電網(wǎng)規劃中的應用的技術(shù)分析論文03-17

刀具復合技術(shù)應用分析論文03-16

白光干涉技術(shù)在球軸承測量中的應用分析論文12-01

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園中的應用分析論文05-24

價(jià)值鏈分析在成本管理中的應用11-16

WIFI技術(shù)的應用及商用WiFi技術(shù)分析論文03-17

煤礦機械的液壓技術(shù)應用分析論文03-16