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高速电主轴的模态与加载实验研究

高速电主轴的模态与加载实验研究

作者：陈锋重庆大学

学位级别：硕士

高速加工能显著的提高生产率、降低生产成本和提高产品加工质量,是制造业发展的重要趋势,也是一项非常有前景的先进制造技术。实现高速加工的首要条件是高质量的高速机床,而高速机床的核心部件是高速电主轴单元,它实现了机床的“零传动... 详细信息

高速加工能显著的提高生产率、降低生产成本和提高产品加工质量,是制造业发展的重要趋势,也是一项非常有前景的先进制造技术。实现高速加工的首要条件是高质量的高速机床,而高速机床的核心部件是高速电主轴单元,它实现了机床的“零传动”,简化了结构,提高了机床的动态响应速度,是一种新型的机械结构形式,其性能好坏在很大程度上决定了机床的加工精度和生产效率。本文在国家自然科学基金项目《高速电主轴机电耦合动力学分析及仿真与实验研究》(项目编号50675233)、重庆市重大科技攻关项目《装备制造业典型基础部件关键技术研究及产业化》(项目编号CSTC, 2006AA3010)和重庆市科技攻关项目《高速高性能主轴系统关键技术及典型应用》(CSTC, 2005AC3029)的资助下,对高速电主轴进行了模态、振动和动态加载等方面的实验研究,主要做了以下几个方面的工作:基于模态分析理论,对最高转速60 000 r/min的磨削型高速电主轴进行了模态实验。介绍了实验方法和过程,并分析了实验结果,提取了该电主轴的模态参数(固有频率、阻尼和振型),实验结果符合高速高精度加工的基本要求。由于高速电主轴在工作状态下产生的振动对高精度加工影响较大,因此通过对最高转速60 000 r/min的电主轴进行不同转速下的振动测试实验和模态参数的识别,得到了电主轴在工作状态下多个重要部位的时频域信号,分析了多个测点的振动加速度和振动速度,以验证其是否符合高精度加工生产的要求和所采用实验方法的正确性,同时说明了电主轴产生振动的主要原因。并运用随机子空间法对其进行模态参数的识别,排除了电主轴在共振区工作的可能性。针对高速电主轴高转速难加载的问题,提出了使用经改造的测功机对电主轴进行加载实验的方案;根据电主轴转速的不同,提出了对拖式和非接触式两种不同的动态加载测试方法;详细描述了对拖式加载方法的系统构成和加载原理,该系统不但可以完成对电主轴的加载,还可以测出加载过程中电主轴的基本参数,并绘制出相应的曲线,使电主轴在不同工作点的状态一目了然;应用该系统对最高转速为15 000 r/min的电主轴进行加载实验,得到其特性曲线,分析并处理实验数据,得出被测电主轴本身所具有的特性及其存在的问题;解决了高速电主轴无法进行准确加载实验的问题。

关键词：高速电主轴模态实验振动动态加载

用计算机方法消除附加质量对模态实验结果的影响

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振动．测试与诊断 1991年第1期11卷 54-55页

作者：林砺宗徐晓莉华东工学院

本文提出一种消除附加质量的新方法,此法应用结构修改原理,把消除结构附加质量的做法视为对结构的一种修改,用结构修改的计算机模拟程序求得无附加质量的结构的模态参数,从而达到消除附加质量影响的目的。应用实例表明:对消除传感器等... 详细信息

本文提出一种消除附加质量的新方法,此法应用结构修改原理,把消除结构附加质量的做法视为对结构的一种修改,用结构修改的计算机模拟程序求得无附加质量的结构的模态参数,从而达到消除附加质量影响的目的。应用实例表明:对消除传感器等附加质量对模态参数的影响具有良好的效果。

关键词：计算机附加质量模态实验

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BKX-I型并联机床的实验模态分析

制造技术与机床 2004年第10期 45-48页

作者：李金泉丁洪生付铁庞思勤谢殿煌北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081

应用锤击法和基于变时基采样的SIMO法 ,对BKX -I型并联机床进行了模态实验 ,分别获得了机床沿x、y、z方向和机床整体结构的低阶固有频率、振型、阻尼比以及相应的振型动画。在此基础上 ,对该并联机床动态特性的特点进行了分析 ,明确了... 详细信息

应用锤击法和基于变时基采样的SIMO法 ,对BKX -I型并联机床进行了模态实验 ,分别获得了机床沿x、y、z方向和机床整体结构的低阶固有频率、振型、阻尼比以及相应的振型动画。在此基础上 ,对该并联机床动态特性的特点进行了分析 ,明确了该机床动态特性的几个特点 ,确定了该机床的薄弱环节 ,并提出了提高并联机床动态特性的具体措施。

关键词：并联机床动态特性薄弱环节整体结构固有频率振型动态设计阻尼比锤击法模态实验

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模态实验方法的探讨

动态分析与测试技术 1995年第3期13卷 6-9页

作者：张士锷王心庆

自主激振式辅助截割相似实验样机研制及其力学实验

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机械强度 2022年第2期44卷 317-325页

作者：卢进南岳建光谢苗王鹏飞辽宁工程技术大学机械工程学院阜新123000

考虑到目前煤矿井下重采轻掘,综掘设备自身结构设计的局限性,掘进技术落后等问题导致巷道掘进效率低下,采掘比失调,同时煤矿井下巷道综掘设备体积庞大,井下环境复杂,设备拆解组装困难,难以在实验室条件下对其进行关键零部件力学特性分... 详细信息

考虑到目前煤矿井下重采轻掘,综掘设备自身结构设计的局限性,掘进技术落后等问题导致巷道掘进效率低下,采掘比失调,同时煤矿井下巷道综掘设备体积庞大,井下环境复杂,设备拆解组装困难,难以在实验室条件下对其进行关键零部件力学特性分析及其截割效率提升实验,对一种主动激振辅助截割的方法进行研究,该方法基于相似理论,建立比例为1∶3的相似模型实验台,首先对其进行模态实验,得到前6阶的固有频率以及各阶的模态振型,验证主动激振辅助截割实验台的可行性;对实验台分别进行有、无主动激振截割实验,测量在有、无主动激振的情况下截齿截割接触力及截割电流变化,实验结果表明,在相同时间阶段内,当存在主动激振时,接触力的增大初值时间相比无激振时早0.07 s,作用时间更长,接触力相比无激励时减小0.12 kN,有激励后截割电流平均值减小1.12 A。通过基于相似理论构建的实验台能够在有限的实验室条件下对掘进机截割臂进行主动激振力学实验,从而为选取最佳的激振辅助截割参数提供理论参考,同时也从引入激振的角度为掘进机截割机构节能高效的工作开拓了新思路和新方法。

关键词：主动激振相似理论实验台模态实验截割实验

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可重构小型农业作业机变速箱体实验模态分析

农机化研究 2009年第7期31卷 189-191,197页

作者：王扬渝张立彬计时鸣张宪蒋帆浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室杭州310032

变速箱体是可重构农业作业机的通用零件,对作业机动态特性影响显著。为研究箱体的振动特性,使用LMS振动测试系统,用模态实验的方法,识别了箱体前5阶固有频率、阻尼和模态振型等参数。模态分析表明,筋板与箱体连接处以及行走轮空腔附近... 详细信息

变速箱体是可重构农业作业机的通用零件,对作业机动态特性影响显著。为研究箱体的振动特性,使用LMS振动测试系统,用模态实验的方法,识别了箱体前5阶固有频率、阻尼和模态振型等参数。模态分析表明,筋板与箱体连接处以及行走轮空腔附近区域相对振幅较大,箱体第5阶固有频率2 998.76Hz,接近发动机激励频率30Hz的整数倍,可造成工作过程中的较大振动。实验结果为箱体动态特性修改提供了可靠依据。

关键词：小型农业作业机模态实验变速箱体模态振型

大尺度钢结构梁的应变模态数值仿真和实验研究

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大尺度钢结构梁的应变模态数值仿真和实验研究

作者：郭翔昆明理工大学

学位级别：硕士

钢结构梁在很多桥梁和建筑中都有广泛的应用,甚至有些纯钢结构的桥梁和建筑物,例如某些过街天桥、体育场馆等。对钢结构梁的设计、安装和使用,如果不恰当或是因为环境和外力因素导致的结构变形或损伤可能会造成很严重的后果,导致整个结... 详细信息

钢结构梁在很多桥梁和建筑中都有广泛的应用,甚至有些纯钢结构的桥梁和建筑物,例如某些过街天桥、体育场馆等。对钢结构梁的设计、安装和使用,如果不恰当或是因为环境和外力因素导致的结构变形或损伤可能会造成很严重的后果,导致整个结构的断裂、坍塌或者毁坏。但是在结构设计时和发生彻底毁坏前我们很难观测到其实际振动情况和细微的结构变化。而共振和裂纹往往是导致结构损毁的直接原因。所以在简单的研究钢结构梁的静态承重和抗弯等基础上,我们需要研究其结构的振动特性和局部应力集中的问题。要对结构进行优化的设计,使其很好的达到抗震和降噪的要求;并能在使用期间可以进行高效的结构健康诊断,模态分析技术为我提供了很好的手段。且与传统的位移模态,基于频率或者其他模态参数的方法相比,应变模态能在得到结构模态频率、振型的同时,通过测试局部应变很好的解决应力集中问题。所以对钢结构进行应变模态分析是非常好的方法。而且钢结构材料各向同性可以对其模型进行数学仿真,模拟其振动情况和应变分布。但在实验室中基本上实验用的钢梁尺寸都较小,只能进行简单实验模拟研究。所以本文选取更贴近工程实际的大尺度钢结构梁进行研究,模拟其应变模态的数学模型并利用实验加以验证和研究。论文的主要工作如下： 1根据应变模态及振动理论,在讨论了应变模态振型之间的正交性基础上,导出大尺度纯钢结构简支梁应变响应的模态模型。通过数值模拟模拟了其应变模态。 2在实际测量大尺度钢结构梁的应变频率响应函数矩阵基础上,并测量了大尺度钢结构梁位移模态参数和应变模态参数,并通过实验得到大尺度纯钢结构简支梁的应变模态振型。 3通过数值模拟和理论解对比,验证了频域应变模态参数识别方法的正确性。

关键词：大尺度结构应变模态模态实验

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基于应变模态的圆拱结构损伤检测实验研究

基于应变模态的圆拱结构损伤检测实验研究

作者：崔鹏暨南大学

学位级别：硕士

结构裂纹对结构服役安全构成了严重的威胁,早期的结构损伤识别对于完善管理、减少事故隐患具有重要意义。本文采用理论推导、数值仿真和模型实验相互验证的研究方案。在分析工程结构动态检测损伤方法的研究现状和存在问题的基础上,对工... 详细信息

结构裂纹对结构服役安全构成了严重的威胁,早期的结构损伤识别对于完善管理、减少事故隐患具有重要意义。本文采用理论推导、数值仿真和模型实验相互验证的研究方案。在分析工程结构动态检测损伤方法的研究现状和存在问题的基础上,对工程结构损伤检测识别的应变模态法进行了实验和数值仿真的探讨和研究,并将其应用于圆拱结构的损伤识别中。本文主要开展了如下四方面工作:(1)回顾和总结了历年来基于振动的结构损伤识别方法,重点介绍了应变模态技术在损伤识别中的应用。并分析了该领域的发展现状和存在问题。(2)介绍了圆拱平面挠曲振动理论,并阐述了位移模态和应变模态分析理论。(3)利用ANSYS有限元分析软件进行了数值模拟,对圆拱结构进行系列数值仿真分析,得出损伤位置、程度对模态参数一般影响规律:损伤对固有频率、位移模态影响不大;频率、位移模态及应变模态不适合诊断模态节点损伤;应变模态对非模态节点损伤非常敏感。(4)对两端铰支的圆拱结构进行了不同损伤工况的实验研究,通MATLAB自编程序,用CMIF法识别结构模态参数,并与数值仿真结果进行对比,验证了本文数值仿真的可行性与有效性,同时研究了应变模态动力特性受损伤变化的影响规律,并就其中的一些问题进行分析和讨论。

关键词：圆拱损伤检测位移模态应变模态模态实验

摩托车轮胎实验模态分析与垂直特性建模的研究

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摩托车轮胎实验模态分析与垂直特性建模的研究

作者：卢至孟五邑大学

学位级别：硕士

摩托车行驶时轮胎与地面直接接触,轮胎静动力学特性是影响摩托车行驶性能的重要因素之一,目前,国内外对汽车轮胎的研究以及轮胎动态特性的模型建立已日趋完善,但对摩托车轮胎的研究较少。本文在用模态参数直接建模的理论基础上,对YX—P2... 详细信息

摩托车行驶时轮胎与地面直接接触,轮胎静动力学特性是影响摩托车行驶性能的重要因素之一,目前,国内外对汽车轮胎的研究以及轮胎动态特性的模型建立已日趋完善,但对摩托车轮胎的研究较少。本文在用模态参数直接建模的理论基础上,对YX—P27型号摩托车真空胎进行了模态实验,提取了该型轮胎的模态参数。然后用实验模态参数建立摩托车真空胎的静态垂直特性模型,分析胎体和胎冠在变形时的不同特点和对轮胎接地印迹形成所起的不同作用,并借用迭代计算方法解决了模型方程的计算分析问题。最后利用实验模态参数初步探讨了摩托车真空胎动态垂直特性。本文经大量的实验得到了许多有用的数据及结论,表明了用实验模态参数建立摩托车轮胎模型的可行性。本文主要研究内容如下: 一、对摩托车真空胎(后胎)进行了径向与切向激振模态实验,分别测量了径向和切向两个方向的响应,并成功地得到了径向与切向两个方向的模态参数。二、利用摩托车真空胎的模态参数初步建立了摩托车真空胎的垂直特性模型,提供了一种研究摩托车真空胎垂直特性的方法。三、用虚拟仪器测试技术构建了摩托车轮胎模态实验平台,该平台由Lance传感器、信号调理器和NI数据采集卡等硬件组成,模态分析软件是南京航空航天大学(NUAA)开发的N-Model 3.0,实际应用证明该实验平台是成功的。

关键词：摩托车轮胎模态实验模态参数静态与动态垂直特性