機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)改善的機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)

1、<p>　　機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)改善的機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘 要]經(jīng)過(guò)大量的研究表明，機(jī)械結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)現(xiàn)象，只要該機(jī)械結(jié)構(gòu)存在著質(zhì)量和彈性。振動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)，能夠影響到機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至可能毀壞設(shè)備，造成嚴(yán)重的后果。因此機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)現(xiàn)象需要引起人們的足夠重視。本文針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，深入研究了機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特征，并提出了相關(guān)設(shè)計(jì)方法與驗(yàn)證系統(tǒng)。 </p>

2、<p>　　[關(guān)鍵詞]機(jī)械結(jié)構(gòu) 振動(dòng)特征 設(shè)計(jì)方法 驗(yàn)證系統(tǒng) </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TM 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）25-0042-01 </p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)越來(lái)越廣泛地運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域之中，如汽車(chē)控制結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)與宇航結(jié)構(gòu)等等。一系列的研究實(shí)踐表明，采用該設(shè)計(jì)方法，能夠大大提高相關(guān)設(shè)備的

3、穩(wěn)定性，從而促使其在振動(dòng)環(huán)境中正常運(yùn)轉(zhuǎn)而不受影響。筆者從機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要求入手，提出了相應(yīng)的計(jì)算方法及改善措施，并針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行了有力的論述。 </p><p>　　一、 機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要求 </p><p>　　機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)包括多方面的內(nèi)容，大體上有計(jì)算機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征模態(tài)的系統(tǒng)和對(duì)振動(dòng)特征模態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)的系統(tǒng)兩個(gè)方面。

4、為了分析研究機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜態(tài)裝置方式和動(dòng)態(tài)變化，必須計(jì)算設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模塊。只有這樣，才能很好地計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率和結(jié)構(gòu)類(lèi)型方式，繼而輔助機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化特征設(shè)計(jì)。對(duì)振動(dòng)特征模態(tài)的試驗(yàn)驗(yàn)證主要采取的是錘擊激勵(lì)方法，充分利用變時(shí)基法，通過(guò)不同信號(hào)的采樣來(lái)分析處理采樣數(shù)據(jù)，并結(jié)合其他的一些方法來(lái)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，最終保證設(shè)計(jì)結(jié)果與相關(guān)設(shè)計(jì)要求相符，因此對(duì)相關(guān)人員提出了兩個(gè)方面的技術(shù)要求。 </p><p>　　一

5、方面針對(duì)的是計(jì)算系統(tǒng)，另一方面則是針對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)。對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言，需要充分考慮到常規(guī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析單元，例如板單元部分、梁?jiǎn)卧糠趾腿S實(shí)體單元部分等，除此之外，還要考慮一些特殊的要求。第一，在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)作用下，針對(duì)計(jì)算系統(tǒng)的分析能力提出了更高的要求；第二，需要對(duì)機(jī)械的固有頻率及振動(dòng)類(lèi)型進(jìn)行計(jì)算，還應(yīng)及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的模型和狀態(tài)變化的靈敏度進(jìn)行分析。針對(duì)系統(tǒng)的試驗(yàn)問(wèn)題，由于試驗(yàn)系統(tǒng)的敏感性和辨識(shí)性非常重要，所以需要具體情況具體分析，有效調(diào)

6、整信號(hào)功能和參數(shù)辨識(shí)功能，繼而進(jìn)行修正以及設(shè)計(jì)的改進(jìn)。 </p><p>　　二、 關(guān)于機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)的計(jì)算方法及改善措施 </p><p>　?。ㄒ唬┎捎渺`敏度分析方法來(lái)修改機(jī)械結(jié)構(gòu) </p><p>　　在機(jī)械設(shè)備的最初設(shè)計(jì)階段，相關(guān)人員并沒(méi)有正確精確地認(rèn)識(shí)到振動(dòng)特征產(chǎn)生的影響，從而所形成的設(shè)計(jì)方案不能達(dá)到振動(dòng)特征的要求，因此必須修改原始的設(shè)計(jì)方案。采用靈

7、敏度分析方法能夠很好地針對(duì)原始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中帶有的振動(dòng)特征參數(shù)，進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算找出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最敏感部位，從而修正改進(jìn)敏感部位，最終以最小的修改方法來(lái)提高機(jī)械結(jié)構(gòu)中固有頻率的穩(wěn)定性。采用靈敏度分析方法需要選擇正確的方式，其計(jì)算方法必須依據(jù)矩陣中的特征值和一階微分方程等知識(shí)，以便獲取計(jì)算的精確性。 </p><p>　?。ǘ┎捎谜l段擬合識(shí)別方法來(lái)識(shí)別機(jī)械結(jié)構(gòu)頻域內(nèi)模態(tài)參數(shù) </p><p>

8、　　由于機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)存在著數(shù)量大、來(lái)源不合理科學(xué)以及各個(gè)參數(shù)的衡量標(biāo)準(zhǔn)不一致等問(wèn)題，因此會(huì)導(dǎo)致計(jì)算系統(tǒng)中產(chǎn)生所謂的病態(tài)矩陣，它十分不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和程序的可靠性。采用窄頻段擬合識(shí)別的方法就能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。大體思路是，機(jī)械結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)計(jì)算之前，需要對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使之統(tǒng)一為無(wú)量綱，這樣就能避免病態(tài)矩陣的產(chǎn)生，還能進(jìn)一步識(shí)別出非主導(dǎo)模態(tài)，進(jìn)而使參數(shù)識(shí)別的精確度得到提高，也是一種綜合識(shí)別設(shè)計(jì)模態(tài)參數(shù)的高效方

9、法。具體來(lái)說(shuō)，首先要通過(guò)傅立葉函數(shù)得到頻率響應(yīng)函數(shù)，再通過(guò)分量分析計(jì)算方法來(lái)計(jì)算模態(tài)的初始頻率，以便得到初始頻率值，并在此基礎(chǔ)上形成不同區(qū)間的頻段，接下來(lái)運(yùn)用頻率連續(xù)細(xì)化的方法來(lái)分析這些頻段，得到所對(duì)應(yīng)頻段的各個(gè)頻率點(diǎn)值，最后通過(guò)多種擬合識(shí)別方法來(lái)識(shí)別計(jì)算所得到的窄頻段模態(tài)參數(shù)。 </p><p>　?。ㄈ┎捎米儠r(shí)基法可以解決不同頻率采樣的難題 </p><p>　　為了更好地完成機(jī)械結(jié)

10、構(gòu)振動(dòng)特征的設(shè)計(jì)，必須仔細(xì)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)機(jī)制，并建立可供計(jì)算修改的頻率響應(yīng)函數(shù)。目前，針對(duì)該函數(shù)的測(cè)量主要采取一種錘擊激振法，然而在這種方法的使用過(guò)程中，由于錘擊的激勵(lì)信號(hào)頻率和系統(tǒng)的加速響應(yīng)信號(hào)頻率不同，也就出現(xiàn)了不同頻率采樣的難題，于是變時(shí)基法被適時(shí)提了出來(lái)。在對(duì)頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不同的頻率，因此變時(shí)基法的原理就必須采用兩種不同的方法，針對(duì)不同的對(duì)象頻率進(jìn)行采樣處理以得到最終結(jié)果。具體來(lái)說(shuō)，變時(shí)基法要對(duì)激勵(lì)脈沖

11、信號(hào)采用較高的采樣頻率，對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)采用較低的采樣頻率，并將這兩個(gè)采樣頻率加倍以得到變時(shí)倍數(shù)。在這方面，變時(shí)基法獲取數(shù)據(jù)可以尋求FFT及頻率連續(xù)細(xì)化技術(shù)的支持。 </p><p>　　三、有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)論述 </p><p>　　在完成機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征的設(shè)計(jì)之后，需要對(duì)其進(jìn)行一定的試驗(yàn)驗(yàn)證，目的是檢驗(yàn)靈敏度分析法、窄頻段擬合識(shí)別法和變時(shí)基法等設(shè)計(jì)方法是否能真正起到

12、作用。試驗(yàn)驗(yàn)證需選擇機(jī)械結(jié)構(gòu)中具有典型性的板箱組合結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)主要由兩個(gè)質(zhì)量板構(gòu)成，放置的方式是在箱體的底部，通過(guò)支架來(lái)支撐質(zhì)量大的板，而且通過(guò)焊接的方法將質(zhì)量較小的板懸臂于箱體側(cè)面，另外在箱體的側(cè)面也要接一塊薄板螺。安放好以上這些試驗(yàn)裝置以后，要運(yùn)用計(jì)算模態(tài)分析系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè)估算試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征。依據(jù)靈敏性分析方法，得出的前2階振動(dòng)固定頻率分別為65赫茲、145赫茲。以此振動(dòng)特征能夠判定，當(dāng)試驗(yàn)裝置處于4赫茲到100赫茲的正弦掃頻環(huán)

13、境中時(shí)，一旦當(dāng)頻率達(dá)到65赫茲左右，該裝置就必定會(huì)發(fā)生共振反應(yīng)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)一步的模態(tài)計(jì)算分析，我們可以得出這樣的結(jié)論：第一階振動(dòng)模態(tài)表現(xiàn)為在垂直方向上質(zhì)量小的板所出現(xiàn)的振動(dòng)類(lèi)型，第二階振動(dòng)模態(tài)表現(xiàn)為在箱體側(cè)面質(zhì)量大的板所出現(xiàn)的振動(dòng)類(lèi)型。因此，為了提高試驗(yàn)裝置的低階固有振動(dòng)頻率，就必須在提高小質(zhì)量板的垂直支撐強(qiáng)度基礎(chǔ)之上，提高大質(zhì)量板的側(cè)向角度。只有如此，才能較好地對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行改良，從而得到新的試驗(yàn)裝置，以便更準(zhǔn)確</p&g

14、t;<p>　　運(yùn)用同樣的計(jì)算模態(tài)分析方法可以得到新試驗(yàn)裝置的前2階固有振動(dòng)頻率，它們分別是191赫茲和230赫茲，然后通過(guò)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析系統(tǒng)來(lái)檢驗(yàn)新裝置的振動(dòng)特征，驗(yàn)證其是否能對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行正確有效的修改。具體方法是，首先通過(guò)變時(shí)基法來(lái)采樣激勵(lì)信號(hào)以及系統(tǒng)加速信號(hào)，接著通過(guò)窄頻段擬合識(shí)別法來(lái)分析識(shí)別原始試驗(yàn)裝置以及新試驗(yàn)裝置的模態(tài)參數(shù)，得出原始試驗(yàn)裝置的前2階固有振動(dòng)效率為76赫茲和155赫茲，而得出的新試驗(yàn)裝置的固有振動(dòng)

15、頻率分別為200赫茲和222赫茲。以上的結(jié)果表明，所做出的修改方案是正確可靠的，修改后的結(jié)構(gòu)的確能夠很好地提高固有振動(dòng)頻率的振動(dòng)效果，而且使得機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大大提高。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　計(jì)算模塊的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)?zāi)K的驗(yàn)證是機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要方面，計(jì)算設(shè)計(jì)模塊主要是分析研究機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜態(tài)裝置方式和動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，

16、同時(shí)針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率和結(jié)構(gòu)的振動(dòng)類(lèi)型、方式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并且對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化特征設(shè)計(jì)起到一定的輔助作用。試驗(yàn)驗(yàn)證模塊主要是通過(guò)錘擊激勵(lì)的方法，針對(duì)不同的信號(hào)采取變時(shí)基法分別進(jìn)行采樣，并處理分析其采樣數(shù)據(jù)，同時(shí)運(yùn)用靈敏度分析法和窄頻段擬合識(shí)別法來(lái)驗(yàn)證機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)這種反復(fù)驗(yàn)證修改的方式來(lái)達(dá)到最終的技術(shù)要求。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p>