機械結(jié)構(gòu)固定結(jié)合部虛擬材料的動力學(xué)建模.pdf

1、隨著數(shù)控機床向高精化、高速化、智能化的方向發(fā)展，人們對數(shù)控機床的性能指標(biāo)尤其是動態(tài)特性性能指標(biāo)的要求越來越高。對高端數(shù)控機床而言，動態(tài)特性是整機性能的關(guān)鍵，因此機床動力學(xué)性能已成為當(dāng)今新的研究熱點。然而，有資料表明整機結(jié)構(gòu)中60～80％的總動剛度、90％的總阻尼都來自結(jié)合部。顯然，機床結(jié)合部的動力學(xué)特性顯著影響整機結(jié)構(gòu)的動力學(xué)行為。長期以來人們從理論和實驗上對此進(jìn)行了大量的研究。結(jié)合部動力學(xué)建模是研究結(jié)合部動力學(xué)特性的重要手段。由于數(shù)控

2、機床的結(jié)合部類型以及描述結(jié)合部模型參數(shù)的多樣性，目前結(jié)合部的模型不能滿足高端要求以及尚沒有參數(shù)化模型，因此急需一種高精度的參數(shù)化建模方法。本文工作如下
　　第一，提出一種基于虛擬材料的機床固定結(jié)合部動力學(xué)參數(shù)化建模法，即將固定結(jié)合部看成一種等截面的虛擬材料，從而將固定結(jié)合部等效為虛擬材料與兩結(jié)合表面零件的固定連接，以工程數(shù)據(jù)(結(jié)合面積、結(jié)合力、結(jié)合面粗糙度、結(jié)合零件的彈性模量和泊松比等)為參數(shù)建立固定結(jié)合部動力學(xué)解析模型，解決了動

3、力學(xué)模型工程實用性問題。
　　第二，建立了虛擬材料彈性模量、切變模量、泊松比、密度的解析解模型，應(yīng)用赫茲接觸理論和分形理論，分析了固定結(jié)合部法向和切向特性的相互影響，在此基礎(chǔ)上利用商用有限元軟件，開發(fā)了基于虛擬材料的參數(shù)化固定結(jié)合部動力學(xué)模式嵌入方法，從而為機床機械結(jié)構(gòu)整機的高精度動力學(xué)建模工程化應(yīng)用提供了一種新方法。
　　第三，研究了基于表面粗糙度(Ra)估計分形維數(shù)和分形粗糙度參數(shù)的方法。推導(dǎo)表面輪廓的結(jié)構(gòu)函數(shù)，給出確定

4、分形維數(shù)和分形粗糙度參數(shù)的實驗方法。給出分形維數(shù)、分形粗糙度參數(shù)與表面粗糙度之間的近似換算式。實驗結(jié)果表明：分形維數(shù)和分形粗糙度參數(shù)與取樣長度無關(guān)，分形維數(shù)隨表面粗糙度減小而增加，分形粗糙度參數(shù)隨表面粗糙度減小而減小。
　　最后，對虛擬材料的理論解進(jìn)行有效性驗證。以4類零件結(jié)合部為研究對象，以測試試件的實驗結(jié)果為基準(zhǔn)，對一系列試驗試件的理論模態(tài)與實驗?zāi)B(tài)(考慮模態(tài)保證準(zhǔn)則)進(jìn)行比較，即相似振型定性比較、相應(yīng)的固有頻率定量比較。理論