关于数控机床模态分析的综述

关于数控机床模态分析的综述
关于数控机床模态分析的综述

课程:模态分析

学院:机电工程学院

专业:先进装备动力学与控制学生姓名:李伟

班级/学号:研1301班2013020032 时间:2014.6.12

关于数控机床模态分析的综述

摘要

我国各行业对数控机床的需求不断增大,而且要求不断提高。研究机床的动态特性主要有三种基本方法,即理论模态分析方法、试验模态分析方法和二者相结合的方法。针对影响加工效率和加工表面质量的数控机床结构动态特性问题,提出一种新的实验模态分析方法.该方法以数控机床自身运动产生的振动为激励源,通过控制运动部件以特定方式空运行,激励起结构的有效振动响应,并结合基于响应信号的模态参数识别方法获得结构的动态特性参数.针对参数识别中的伪模态问题,综合运用识别结果预处理方法和模态稳定性原理,有效去除了识别结果中的伪模态,最终得到影响机床加工的3阶低频模态频率和阻尼比.所得结果与传统实验模态分析结果有较好的一致性.该方法可用于大型重型难激励数控机床的结构动态特性研究.本文详细介绍了关于数控机床模态分析的历史发展和当前的发展现状,并提出了展望。

前言

面对激烈的全球化市场竞争和科学技术的飞速发展,产品开发的技术含量与复杂程度日益增加,传统的产品设计模式已经不能适应当今市场发展的需要,产品设计正向着网络化、全球化、快速化、虚拟化方向发展。数控机床是最基本的机械加工设备,制造业的地位已经得到各国重视。高档、精密数控机床的结构设计手段则代表了一个国家制造业的装备水平,但随着经济和技术的发展,机床的生产效率和加工精度越来越限制着现代制造业的发展,尤其在有些技术被发达国家垄断的情况下,自主设计高精度机床就显得非常迫切了;而且加工产品的精度要求越来越严格,这也就是对机床的设计提出了更高的要求;随着全球化的到来,制造业受到越来越多的人的关注。数控机床加工精度和生产效率已经制约了现代制造业的发展。[1]

目前,我国各行业对数控机床的需求不断增大,而且要求不断提高。但是我国除重型机床、数控齿轮加工机床和中低档电加工机床能满足国内需求外,其它如大功率高扭矩数控车床、精密卧式加工中心、高精度数控万能磨床、高档数控成形机床等高精度、高性能的机床都落后于国外同类产品,所以机床行业任重而道远。[2]

1机床动态特性的研究内容及方法

1.1机床动态特性的研究内容

通常对机床的要求除了重量轻、成本低、使用方便和良好的工艺可能性等一般技术经济性能外,主要集中在对机床的加工性能,即加工质量和加工效率的要求上。因此,提高机床系统的动态特性就成了关键。

机床的动态性能主要是指其抵抗振动的能力,包括抗振性和稳定性。提高机床的抗振性,使机床在各种动态力的作用下,刀具与工件的相对振动量控制在加工质量允许的范围之内,这样零件的精确度和光洁度就不会降低。机床的切削效

率不是由其功率或其所能承受的最大载荷决定的,而是由机床切削时发生自激振动的条件决定。这是因为切削过程的自激振动,破坏了切削过程的稳定性,不仅不能满足加工质量的要求,而且切削也难以继续进行。为了使切削能在保证加工质量的条件下顺利进行,就不得不降低切削用量,从而降低了切削效率。因此,为提高机床的切削效率,就应使机床在额定功率范围内都不会产生切削自激振动。即要求机床具有足够的切削稳定性。[2]

1.2机床的动态特性的研究方法

研究机床的动态特性主要有三种基本方法,即理论模态分析方法、试验模态分析方法和二者相结合的方法。[3]

理论模态分析方法是基于结构动力学原理,根据结构的设计方案、图纸、先验知识和资料等建立起能模拟机械结构动态特性的有限元动力学模型,而无需依赖已有的机械设备。通过对该动力学模型分析计算,即可获得该机械结构各种模拟的动态特性。这不仅可以检验其动态特性是否满足设计目标,是否需要对结构进行修改,还可通过对理论模型的计算机仿真,预估结构设计及其改进后的动力特性或对其进行动态优化设计。从而可对多种设计方案反复进行分析比较、修改,使其动态特性逼近设计目标函数的要求。从而可经济、迅速地达到优化设计的目标,把提高机械结构动态性能的问题解决在方案及图纸设计阶段,这是该方法最突出的优点。该方法的不足之处在于对结构、各结合部连接条件及其等效动力学参数、阻尼假设、各种边界条件的近似及简化,以及近似计算等带来的误差,影响了所建有限元模型的模拟精度,从而也就影响了其动态特性的模拟精度。虽可以对模型进行反复修改及调整,以提高其模型精度,但该模型始终难以与实际工况完全吻合,动态特性的模拟误差难以避免。

试验模态分析方法是以一定的假设(如线性、定常、稳定、能观等假设)为前提,以一定的理论(如线性振动理论、线性系统辨识理论、信号分析理论等)为基础,以动态试验及其所得信息的分析处理为手段,研究得到了系统辨识的多种方法,从而可建立试验所得的动力学模型,并对其进行分析求解得到其动态特性的理论和方法。试验建模过程一般包括观测数据的获取、数据检验、模型类型选择、模型参数识别、模型适用性验证等步骤。由于这种方法是对现有设备(或其试验装置)的典型工况进行动态试验建模,所以避免了结构、各结合部连接条件及其等效动力学参数、阻尼假设、各种边界条件的近似及简化,以及近似计算等带来的误差,故所得试验模型与现有机械结构的实际工况有较高精度的吻合,因而模型及其动态特性对机械结构的模拟精度都较高,这是该方法最突出的优点。该方法的不足之处在于:需对现有样机(或模拟试验装置)进行动态试验,以改进其动态特性,未能把提高机械结构动态性能的问题解决在方案及图纸设计阶段;一般来说,需备有动态试验所需的激励、测试、信号分析及数据处理等设备及系统,因而投资较大;由于动态试验及信号分析数据处理过程中均带有各种随机噪声干扰,测试仪器仪表的误差,附加质量的影响,信号的模/数转换误差,信号的各种变换、加窗截断带来的误差,参数识别的误差,计算误差等均会对激励、响应信号及模型带来误差,从而也会对求得的动态特性带来一定的误差。理论模态分析和试验模态分析各有优点,又各有其局限性。因此,将理论建模和试验建模有机地结合起来,并根据实际需要交替应用是一个理想的方法。该方法进一步扩大了前两种方法工程应用的范围并显著提高了其工程应用的效果,并己成为目前的发展方向。

2模态分析技术的历史发展

模态分析的理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的。虽然机械阻抗的概念早在20 世纪30 年代就已形成,但发展成为今天这样较为完整的理论及方法却经历了较长的岁月。

模态分析技术开始于20 世纪30 年代,经过70多年的发展,模态分析已经成为振动工程中一个重要的分支。早在20 世纪40 年代,在航空工业中就通过共振实验测量飞机的模态参数,确定系统的固有频率。20 世纪60 年代,发展了多点单相正弦激振、正弦多频单点激励,通过调力调频分离模态,制造出商用模拟式频响函数分析仪。20 世纪60 年代末,计算机技术飞速发展使得实验数据处理和数值计算技术出现了崭新的面貌,为了适应现代工程技术要求,试验模态分析技术应运而生。20 世纪70 年代开始,在动态测量(包括振动测量)中广泛应用数据采集系统,随着FFT 数字式动态测试技术的飞速发展,使得以单入单出及单入多出为基础识别方式的模态分析技术普及到各个工业领域,模态分析得到快速发展而日趋成熟。20 世纪80 年代后期,主要是多入多出随机激振技术和识别技术得到发展。20 世纪80 年代中期至90 年代,模态分析在各个工程领域得到普及和深层次应用,在结构性能评价、结构动态修改和动态设计、故障诊断和状态监测以及声控分析等方面的应用研究异常活跃。例如,远东第一高塔的上海东方明珠电视塔的振动模态试验,为高塔的抗风抗地震安全性设计提供了技术依据;目前世界上跨度第一的斜拉索杨浦大桥的振动试验对大桥抗风振动的安全性分析与故障诊断提供了技术依据;建立在模态分析技术上的桩基断裂检测技术已在高层建筑施工中广泛应用,提高了桩基的质量,确保高层建筑的安全。[4]

3机床的模态分析的国内外发展现状

3.1国内发展现状

我国主要是使用理论模态分析。

唐朋飞,郭旭红,张明利等人以某重型机床立柱为对象,通过三维制图软件Pro/E建立三维实体模型,把模型导入ANSYS中,对机床立柱进行静力学及模态分析,获得机床立柱的位移分布情况、固有频率和振型。通过ANSYS分析得到的结果为以后对重型机床立柱的优化设计提供了理论依据,缩短了设计周期。[5]邱海飞,王增强在COSMOS/Works环境下创建了数控机床主轴箱有限元模型,并对其进行模态分析,获得了关心的自振频率及振型。在此基础上,定义多个结构尺寸作为设计变量,对主轴箱动态特性进行优化,结果使其基频得以明显提高,有效增强了箱体的抗振性能。计算得出了一组具有良好动态特性的结构参数,为主轴箱的结构设计提供了重要参考。[6]

俞树斌,吉鹏拓以组合机床多轴箱中间箱体为研究对象,运用Pro/E三维建模软件建立了多轴箱中间箱体的实体模型并导入ANSYS软件,在网格划分时采用智能网格划分方法,得到理想的有限元分析模型。最后利用Block Lanczos方法进行多轴箱中间箱体结构模态分析。模态分析结果对多轴箱中间箱体的设计和改进具有一定的意义。 [7]

王鲁固,陈树利,胡晓康,尹明,岳凤伟运用Pro/E软件建立了主轴系统实体

模型,利用Pro/Mechanica与Pro/E无缝集成功能,对主轴系统进行了模态分析,获得了主轴系统固有频率及振型特征,为进一步研究坡口机床振动问题提供理论参考。[8]

侯力轩,殊海燕,张廷波针对某机床厂生产的CK5116数控立式车床在振动过程中存在振动,噪声大等问题,对该机床了进行模态分析。首先采用SolidWorks 软件得到整机的三维模型,建立该机床整机结构动力特征方程,通过有限元求解,得到整机的各阶固有频率和振型,同时根据各阶振型变化形态及应力集中区域,分析可能产生的共振频率,结合机床整机振动模态测试试验得到的模态参数,对比试验模态和有限元模态计算结果,除实验条件原因外,在允许的误差范围内,验证了建立的有限元模型是正确的,从而为有效控制机床整机振动噪声等问题的研究提供理论基础,为同类机床结构性能优化分析与实验提供必要的参考。[9]孙海军,刘冰冰通过对某大学自主研制的微小型车铣复合机床KNC-50FS进行模态测试,得到该机床的低阶模态振型,并通过切削实验进行验证。模态分析结果为机床颤振研究和加工参数选择提供了基础。[10]

周秦源,周志雄,汤爱民,肖思来为了分析数控机床7:24锥度工具系统在高速旋转的振动特性,基于UG-NX5造型软件平台构建了7:24锥度工具系统三维几何模型,并根据实际工况建立有限元模型,利用ANSYS软件对施加有位移约束的有限元模型进行了前六阶模态分析,得出固有频率和振型,为数控机床7:24锥度工具系统的动力特性设计和模态实验分析提供了重要的依据。[11]

3.2国外发展现状

国外对机床动态分析和动态设计领域的研究很多,并在结构设计方面形成了系统的理论。[1]

密歇根大学的T.jiang 和M.ciredast在应用有限元法和动态分析的基础上,提出一种数学模型来模拟机床结构的联结形式,建立整机的模型并对机床结合面的联接件(如焊点、螺栓等)的位置和数量进行拓扑优化设计。

美国纽约州特洛伊的伦斯勒理工学院利用有限元法研究分析机械系统中所产生的摩擦力对要求低速高精度的机床的影响。

美国爱荷华州立大学针对多联系、几何约束、刚性/柔性机械系统的动态分析,并改进相关计算方法,同时成功应用在卡车的提升系统。

4总结与展望

模态分析分为理论模态分析和实验模态分析。①理论模态分析是以线性振动理论为基础,以模态参数为目标,研究激励、系统、响应三者之间的关系。实际上是一种理论建模的过程。主要方法是运用有限元法对振动结构进行离散化,建立系统特征值的数学模型,求出系统特征值与特征向量,即系统的固有频率和固有振型矢量。②实验模态分析又称模态分析的实验过程。首先利用实验测得的激励和响应的时间历程,运用数字处理技术求频响函数和脉冲响应函数。再运用参数识别方法,求得系统模态参数。模态参数包括固有频率、固有振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼比等,但其中最重要的是前两项。模态参数将表明在哪几种频率下结构会产生共振以及在各阶频率下结构的相对变形,对于改善结构的动态特性,这是最重要的基本参数。我国主要是使用理论模态分析。

目前的研究趋势是把有限元模态分析方法和实验模态分析技术有机地结和

起来,取长补短,相得益彰。利用实验模态分析结果检验、补充和修正原始有限元动力分析模型;利用修正后的有限元模型计算结构的动态特性和响应,进行结构的优化设计。

参考文献

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[2]刘晓东. 精密机床的试验模态分析[D]. 昆明理工大学. 2009.

[3]廖伯瑜,周新民,尹志宏编.现代机械动力学及其工程应用建模、分析、仿真、修改、控制、

优化.北京:机械工业出版社,2004.

[4]龙英,滕召金,赵福水. 有限元模态分析现状与发展趋势[J]. 湖南农机. 2009 年7 月.

[5]唐朋飞,郭旭红,张明利,焦猛. 基于ANSYS的重型机床立柱的静态和模态分析[J]. 机械

制造与自动化. 2012年06期.

[6]邱海飞,王增强. 基于COSMOS/Works的数控机床主轴箱模态分析及优化设计[J]. 机械

传动. 2012年11期.

[7]俞树斌,吉鹏拓. 组合机床多轴箱中间箱体的有限元模态分析[J].机械研究与应用.

2012年04期.

[8]王鲁固,陈树利,胡晓康,尹明,岳凤伟. 基于Pro/Mechanica的坡口机床主轴系统模态分

析[J]. 机械工程师. 2012年11期.

[9]侯力轩,殊海燕,张廷波,汪孝林. CK5116 数控立式车床整机模态分[J]. 机械设计与制

造. 2012年07期.

[10]孙海军,刘冰冰. 微小型车铣复合机床模态分析[J]. 机床与液压. 2011年23期.

[11]周秦源,周志雄,汤爱民,肖思来. 基于ANSYS的数控机床7∶24锥度工具系统模态分析

[J]. 制造技术与机床. 2011年02期.

结构模态分析方法

模态分析技术的发展现状综述 摘要:本文首先系统的介绍了模态分析的定义,并以模态分析技术的理论为基础,查阅了大量的文献和资料后,介绍了三种模态分析技术在各领域的应用,以及国内外对于结构模态分析技术研究的发展现状,分析并总结三种模态分析技术的特点与发展前景。 关键词:模态分析技术发展现状 Modality Analysis Technology Development Present Situation Summary Abstract:This article first systematic introduction the definition of modality analysis,and based on modal analysis theory,after has consulted the massive literature and the material.Introduced application about three kind of modality analysis technology in various domains. At home and abroad, the structural modal analysis technology research and development status quo.Analyzes and summarizes three kind of modality analysis technology characteristic and the prospects for development. Key words:Modality analysis Technology Development status 0 引言 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。模态分析的过程如果是由有限元计算的方法完成的,则称为计算模态分析;如果是通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别来获得模态参数的,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。 1 数值模态分析的发展现状 数值模态分析主要采用有限元法,它是将弹性结构离散化为有限数量的具体质量、弹性特性单元后,在计算机上作数学运算的理论计算方法。它的优点是可以在结构设计之初,根据有限元分析结果,便预知产品的动态性能,可以在产品试制出来之前预估振动、噪声的强度和其他动态问题,并可改变结构形状以消除或抑制这些问题。只要能够正确显示出包含边界条件在内的机械振动模型,就可以通过计算机改变机械尺寸的形状细节。有限元法的不足是计算繁杂,耗资费时。这种方法,除要求计算者有熟练的技巧与经验外,有些参数(如阻尼、结合面特征等)目前尚无法定值,并且利用有限元法计算得到的结果,只能是一个近似值。 正因如此,大多数数学模拟的结构,在试制阶段常应做全尺寸样机的动态试验,以验证计算的可靠程度并补充理论计算的不足,特别对一些重要的或涉及人身安全的结构,就更是如此。 70 年代以来,由于数字计算机的广泛应用、数字信号处理技术以及系统辨识方法的发展 , 使结构模态试验技术和模态参数辨识方法有了较大进展,所获得的数据将促进产品性能的改进、更新[1] 。在硬件上,国外许多厂家研制成功各种类型的以FFT和

DHMA实验模态分析系统的概述

DHMA实验模态分析系统的概述 江苏东华测试技术有限公司推出的“DHMA实验模态分析系统”, 从激励信号、传感器、适调器、数据采集和分析软件到实验报告的生成,构成了完整的进行实验模态分析的硬件和软件条件。专业的技术培训,保证了用户可靠、准确、合理的使用本系统。 DHMA实验模态分析系统汇集了公司多年来硬件、软件研发经验,和广大用户对实验模态分析系统的改进意见,参考国内外实验模态分析领域专家学者的研究成果和指导意见,功能强大,特点鲜明:采用内嵌专业知识的软件模式,即使是非专业的用户也可以成功地进行模态实验;内嵌的工作流程保证符合质量标准的重复实验过程;强大的模态参数提取技术保证了高质量、不受操作者经验多寡的影响,即使对模态高度密集或阻尼很大的结构也游刃有余。 汽车白车身现场图片

汽车白车身一阶振型 针对不同实验对象的特点,本公司提供了三种具体的解决方案,满足了大多数用户的需求: 方案一:不测力法(环境激励)实验模态分析系统 不测力法实验模态分析(OMA)可用于对桥梁及大型建筑、运行状态的机械设备或不易实现人工激励的结构进行结构特性的动态实验。仅利用实测的时域响应数据,通过一定的系统建模和曲线拟合的方法识别结构的模态参数。桥梁及大型建筑、运行状态下的机械设备等不易实现人工激励的结构均可采用不测力法来进行实验模态分析。

方案二:锤击激励法实验模态分析系统 DHMA实验模态分析系统可以提供用户完整的锤击激励法实验模态分析完整的解决方案,是对被测结构用带力传感器的力锤施加一个已知的输入力,测量结构各点的响应,利用软件的频响函数分析模块计算得到各点频响函数数据。利用频响函数,通过一定的模态参数识别方法得到结构的模态参数。锤击激励法实验模态分析可分为单点激励法和单点拾振法。

模态分析实验报告

篇一:模态分析实验报告 模态分析实验报告 姓名:学号:任课教师:实验时间:指导老师:实验地点: 实验1传递函数的测量 一、实验内容 用锤击激振法测量传递函数。 二、实验目的 1) 掌握锤击激振法测量传递函数的方法; 2) 测量激励力和加速度响应的时间记录曲线、力的自功率谱和传递函数; 3) 分析传递函数的各种显示形式(实部、虚部、幅值、对数、相位)及相干函 数; 4) 比较原点传递函数和跨点传递函数的特征; 5) 考察激励点和响应点互换对传递函数的影响; 6) 比较不同材料的力锤锤帽对激励信号的影响; 三、实验仪器和测试系统 1、实验仪器 主要用到的实验仪器有:冲击力锤、加速度传感器,lms lms-scadas ⅲ测试系统,具体型号和参数见表1-1。 仪器名称 型号 序列号 3164 灵敏度 2.25 mv/n 100 mv/g 备注比利时 丹麦 b&k 数据采集和分析系统 lms-scadas ⅲ 2302-10 力锤 加速度传感器 表1-1 实验仪器 2 、测试系统 利用试验测量的激励信号(力锤激励信号)和响应的时间历程信号,运用数字 信号处理技术获得频率响应函数(frequency response function, frf),得到系统的非参数模型。然后利用参数识别方法得到系统的模态参数。测试系统主要完成力锤激励信号及各点响应信号时间历程的同步采集,完成数字信号的处理和参数的识别。 测量分析系统的框图如图1-1所示。测量系统由振动加速度传感器、力锤和比利时lms公司scadas采集前端及modal impact测量分析软件组成。力锤及加速度传感器通过信号线与scadas采集前端相连,振动传感器及力锤为icp型传感器,需要scadas采集前端对其供电。scadas采集相应的信号和进行信号处理(如抗混滤波,a/d转换等),所测信号通过电缆与电脑完成数据通讯。图1-1 测试分析系统框图 四、实验数据采集 1、振动测试实验台架 实验测量的是一段轴,在轴上安装了3个加速度传感器,如图1-2所示,轴由四根弹簧悬挂起来,使得整个测试统的频率很低,基本上不会影响到最终的测试结果。整个测试系统如下图所示:a1 a 测点2测点3测点4 图1-2 测试系统图

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《机械结构实验模态分析》实验报告 开课实验室:汽车结构实验室 2019年月日 学院 姓名 成绩 课程 名称 机械结构实验模态分析 实验项目 名 称 机械结构实验模态分析 指导教师 教师评语 教师签名: 年 月 日 机械结构实验模态分析实验报告 一、实验目的和意义 模态分析技术是近年来在国内外得到迅速发展的一门新兴科学技术,广泛应用于航空、航天、机械制造、建筑、汽车等许多领域,在识别系统的动力学参数、动态优化设计、设备故障诊断等许多方面发挥了日益重要的作用。 本实验采用CCDS-1模态分析微机系统,对图1所示的框架结构进行分析。通过该实验达到如下目的: 212019 1817 16 1514 13121110 987 6 5 4 3 222120 20 202090 9090 90 90909090113 113 113 113 113 113 115 115 115 115 图1 框架结构图 详细了解CCDAS-1模态分析微机系统,并熟练掌握使用本系统的全过程,包括 了解测量点和激振点的选择。 了解模态分析实验采用的仪器,实验的连接、安装和调整。 1、 激励振时各测点力信号和响应信号的测量及利用这些测量信号求取传递函数,并分析影响传递 函数精度的因素。 2、 SSDAS-1系统由各测点识别出系统的模态参数的步骤。 3、 动画显示。 4、 灵敏度分析及含义。 通过CCDAS-1模态分析的全部过程及有关学习,能祥述实验模态的一般步骤。 通过实验和分析,大大提高综合分析能力和动手能力。

CCDAS-1系统模态分析的优缺点讨论并提出改进实验的意见。 二、测试及数据处理框图 加速度传感器 力传感器 脉冲锤 四个点由橡胶绳悬挂 1724 打印机 IBM PC 微型计算机 含AD板 CCMAS-1模态分析软件 双通道低 通滤波器 电荷放大器 电荷放大器 图2 测量及数据处理系统框图 三、实验模态分析的基本原理 对于一个机构系统,其动态特性可用系统的固有频率、阻尼和振型来描述,与模态质量和模态刚度一起通称为机械系统的模态参数。模态参数既可以用有限元的方法对结构进行简化得到,也可以通过激振实验对采集的振动数据进行处理识别得到。通过实验数据求取模态参数的方法就是实验模态分析。只要保证测试仪器的精度、实验条件和数据分析处理的精度就能获得高质量的模态参数。 一个线性系统,若在某一点j 施加激振力j F ,系统各点的振动响应为i X 1,2,...,i n =,系统任意两点的传递函数ij h 之间的关系可用矩阵表示如下: 11112122122212()... 0()...()...()...0n n j n n n nn x h h h x h h h F x h h h ωωωω?????? ???????????? =??? ??????????????? ??????M M M O M (1-1) 可记为:{}{}[]X H F = []H 称为传递函数矩阵。其中的任意元素ij h 可以通过激振实验得到 () () i ij j X h F ωω= ()i X ω,()j F ω分别表示响应i X 与激振力j F 的傅立叶变换。 测量方法是给系统施加一有限带宽频率的激振力(冲击也是一有限带宽激振力),同时测量系统的响应,将力和响应信号进行滤波,A/D 转换并离散采样,进行双通道FFT 变换,计算出激振力j F 与响应i X 之间的传递函数ij h 。 对测量的传递函数进行曲线拟和得到模态参数,一个多自由度系统曲线拟和传递函数的解析式为:* * 1 ()[]n ijk ijk ij k k k r r h S S P S P == - --∑ (1-3)

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振动测试理论和方法综述 摘要:振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象。在长期的科学研究和工程实践中,已逐步形成了一门较完整的振动工程学科,可供进行理论计算和分析。随着现代工业和现代科学技术的发展,对各种仪器设备提出了低振级和低噪声的要求,以及对主要生产过程或重要设备进行监测、诊断,对工作环境进行控制等等。这些都离不开振动的测量。振动测试技术在工业生产中起着十分重要的作用,为此设计和制造高效的振动测试系统便成为测试技术的重要内容。本文概述了振动测试的发展历程,总结和分析了振动测试系统的基本组成和应用理论,列举了几种机械振动测试系统的类型。最后分析了振动测试系统的几个发展趋势。 关键词:振动测试;振动测试系统;测试技术;激振测试系统 1.引言 振动问题广泛存在于生活和生产当中。建筑物、机器等在内界或者外界的激励下就会产生振动。而机械振动常常会破坏机械的正常工作,甚至会降低机械的使用寿命并对机器造成不可逆的损坏。多数的机械振动是有害的。因而对振动的研究不仅有利于改善人们的生活环境和生活水平,也有助于提高机械设备的使用寿命,提高人们的生产效率。正因如此振动测试在生产和科研等多方面都有着十分重要的地位[1]。为了控制振动,将振动给人们带来的危害降至最低,就需要我们了解振动的特性和规律,对振动进行测试和研究。振动测试应运而生。 振动测试有着较为长久的发展历史,是与人类社会的发展有着紧密的联系。随着计算机技术和相关高科技技术的问世和发展,振动测试系统也有了飞跃性的发展。振动测试系统从最早的简单机械设备的应用到如今的先进的计算机技术和设备的应用。从刚开始的检测人员的耳朵来进行测量、判断和计算出大概的故障点的原始方法到现在的计算机控制、存储、处理数据的处理[2],无不体现出振动测试系统的长足发展和飞跃式的进步。与此同时,振动测试在理论方面也有了长足的发展,1656 年惠更斯首次提出物理摆的理论并且创造出了单摆机械钟到现今的自动控制原理和计算机的日趋完善,人们对机械振动分析的研究已日趋成熟。而伴随着振动测试系统的进步和日臻成熟,其在国民的日常生活和生产中所扮演的角色也愈发的重要。 2.振动测试与分析系统(TDM)的发展

ansys模态分析步骤

模态分析步骤 第1步:载入模型 Plot>Volumes 第2步:指定分析标题并设置分析范畴 1 设置标题等Utility Menu>File>Change Title Utility Menu>File> Change Jobname Utility Menu>File>Change Directory 2 选取菜单途径 Main Menu>Preference ,单击 Structure,单击OK 第3步:定义单元类型 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,出现Element Types对话框,单击Add出现Library of Element Types 对话框,选择Structural Solid,再右滚动栏选择Brick 20node 95,然后单击OK,单击Element Types对话框中的Close按钮就完成这项设置了。 第4步:指定材料性能 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models。出现Define Material Model Behavior对话框,在右侧Structural>Linear>Elastic>Isotropic,指定材料的弹性模量和泊松系数,Structural>Density指定材料的密度,完成后退出即可。 第5步:划分网格 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,出

现MeshTool对话框,一般采用只能划分网格,点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小(太小的计算比较复杂,不一定能产生好的效果,一般做两三组进行比较),保留其他选项,单击Mesh出现Mesh Volumes对话框,其他保持不变单击Pick All,完成网格划分。 第6步:进入求解器并指定分析类型和选项 选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,将出现New Analysis对话框,选择Modal单击 OK。 选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options,将出现Modal Analysis 对话框,选中Subspace模态提取法,在 Number of modes to extract处输入相应的值(一般为5或10,如果想要看更多的可以选择相应的数字),单击OK,出现Subspace Model Analysis对话框,选择频率的起始值,其他保持不变,单击OK。 第7步:施加边界条件. 选取Main Menu>Solution>Define loads>Apply>Structural>Displacement,出现ApplyU,ROT on KPS对话框,选择在点、线或面上施加位移约束,单击OK会打开约束种类对话框,选择(All DOF,UX,UY,UZ)相应的约束,单击apply或OK即可。第8步:指定要扩展的模态数。选取菜单途径Main Menu>Solution>Load Step Opts>ExpansionPass>Expand Modes,出现Expand Modes对话框,在number of modes to expand 处输入第6步相应的数字,单击 OK即可。(当选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options,将出现Modal Analysis 对话框,选中Subspace模态提取法,在 Number of modes to extract处输入相应

数控机床行业现状以与未来发展趋势分析

目录 CONTENTS 第一篇:我国数控机床行业发展前景大好------------------------------------------------------------- 1第二篇:2014-2015我国数控机床进口数量月度统计 ----------------------------------------------- 3 2014-2015我国数控机床进口数量月度统计表:-------------------------------------------------------- 4第三篇:2014-2015沈阳市金属切削数控机床产量统计 -------------------------------------------- 5第四篇:中国制造业发展分析3D打印和高端数控机床-------------------------------------------- 6第五篇:数控机床行业现状分析未来发展任重道远------------------------------------------------- 7第六篇:高精度是数控机床的主流趋势---------------------------------------------------------------- 9第七篇:数控机床是汽车模具发展关键--------------------------------------------------------------- 10第八篇:数控机床工具行业将迎来结构调整的有利时机------------------------------------------ 11第九篇:我国数控机床需求量日益扩大--------------------------------------------------------------- 12第十篇:成本高国产高端数控机床发展遇阻--------------------------------------------------------- 12第十一篇:中国数控机床行业市场需求预测--------------------------------------------------------- 13第十二篇:高精度是数控机床的主流趋势------------------------------------------------------------ 14第十三篇:工业机器人与数控机床集成应用发展加速--------------------------------------------- 15 (1)工作岛:单对单联动机加、单对多联机加工。 ---------------------------------------------------- 16 三、工业机器人与数控机床融合发展的途径----------------------------------------------------------- 16 1.加工制造方面 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 16 第十四篇:2015年数控机床行业发展前景前瞻 ----------------------------------------------------- 17第十五篇:数控机床与机器人行业融合发展途径--------------------------------------------------- 19 (1)工作岛:单对单联动机加、单对多联机加工。 ---------------------------------------------------- 20 三、工业机器人与数控机床融合发展的途径----------------------------------------------------------- 20 1.加工制造方面 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 20 第十六篇:我国数控机床行业的旺盛需求仍保持高速增长--------------------------------------- 21第十七篇:国内数控机床行业现状:已进入快速发展期------------------------------------------ 22第十八篇:2014年中国数控机床行业发展前景浅析 ----------------------------------------------- 23 本文所有数据出自于《2015-2020年中国数控机床行业市场需求预测与投资战略规划分析 报告》 第一篇:我国数控机床行业发展前景大好 在现代制造业的生产中,都离不开机床作为加工机械装备。机床行业是制造业的基础性行业,也是推动国民经济发展的脊柱行业。自新中国成立以来,国家对我国机床行业就给予了很大程度的支持。我国机床行业历经几十年的发展,实现了从无到有、从小到大的行业规模,技术也在不断探索中有了长足的进步。 我国数控机床行业起步较发达国家来说晚了很多。建国初期,我国物质匮乏,为了大力推进国家经济建设,推进我国机械装备制造业的发展,机床行业是在国家的支持下才得

试验模态分析的两种方法

试验模态分析的两种方法 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。模态分析最终目标在是识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。 试验模态分析主要有以下两种方法,OROS模态分析软件MODEL 2 完全具备了这两种常用的模态方 法。 锤击法模态测试 用于满足锤击法结构模态试验,以简明、直观的方法测量和处理输入力和响应数据,并显示结果。提供两种锤击方法:固定敲击点移动响应点和固定响应点移动敲击点。用力锤来激励结构,同时进行加速度和力信号的采集和处理,实时得到结构的传递函数矩阵。能够方便地设置测量参数,如触发量级、测量带宽和加窗类型,同时对最优的设置提供建议指导。 激振器法模态测试 主要是通过分析仪输出信号源来控制激振器,激励被测试件,输出信号有先进扫频正弦,随机噪声,正弦,调频脉冲等信号。支持单点激励(SIMO)与多点同时激励法(MIMO)。 1)几何建模 结构线架模型生成,节点数和部件数没有限制,测量点DOF自动加到通道标示;建立几何模型,以3维方式显示测量和分析结果。结构模型可以作为单个部件的装配,及采用不同的坐标系(直角、圆柱、球体坐标系),要求除点的定义外,还可定义线和面,真实的显示试验结构。结构线架模型生成,节点数和部件数没有限制,测量点自由度自动加到通道标示。

2020年数控机床行业分析调研报告

2020 年数控机床行业分 析调研报告 2019 年 12 月

目录 1. 数控机床行业概况及市场分析 (5) 1.1 数控机床市场规模分析 (5) 1.2 数控机床行业结构分析 (5) 1.3 数控机床行业 PEST 分析 (6) 1.4 数控机床行业特征分析 (7) 1.5 数控机床行业国内外对比分析 (8) 2. 数控机床行业存在的问题分析 (10) 2.1 政策体系不健全 (10) 2.2 基础工作薄弱 (10) 2.3 地方认识不足,激励作用有限 (10) 2.4 产业结构调整进展缓慢 (10) 2.5 技术相对落后 (11) 2.6 隐私安全问题 (11) 2.7 与用户的互动需不断增强 (12) 2.8 管理效率低 (13) 2.9 盈利点单一 (13) 2.10 过于依赖政府,缺乏主观能动性 (14) 2.11 法律风险 (14) 2.12 供给不足,产业化程度较低 (14) 2.13 人才问题 (15) 2.14 产品质量问题 (15) 3. 数控机床行业政策环境 (16)

3.1 行业政策体系趋于完善 (16) 3.2 一级市场火热,国内专利不断攀升 (16) 3.3 “十三五”期间数控机床建设取得显著业绩 (17) 4. 数控机床产业发展前景 (18) 4.1 中国数控机床行业市场驱动因素分析 (18) 4.2 中国数控机床行业市场规模前景预测 (18) 4.3 数控机床进入大面积推广应用阶段 (18) 4.4 政策将会持续利好行业发展 (19) 4.5 细分化产品将会最具优势 (19) 4.6 数控机床产业与互联网等产业融合发展机遇 (20) 4.7 数控机床人才培养市场大、国际合作前景广阔 (21) 4.8 巨头合纵连横,行业集中趋势将更加显著 (22) 4.9 建设上升空间较大,需不断注入活力 (22) 4.10 行业发展需突破创新瓶颈 (22) 5. 数控机床行业发展趋势 (24) 5.1 宏观机制升级 (24) 5.2 服务模式多元化 (24) 5.3 新的价格战将不可避免 (24) 5.4 社会化特征增强 (24) 5.5 信息化实施力度加大 (25) 5.6 生态化建设进一步开放 (25) 5.7 呈现集群化分布 (26) 5.8 各信息化厂商推动"数控机床"建设 (27)

机床实验模态分析综述

机床的模态分析方法综述 甄真 (北京信息科技大学机电工程学院,北京100192) 摘要:模态分析是研究机械结构动力特性的一种近代方法,是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。机床在工作时,由于要承受各种变载荷而产生振动,其精度和寿命会受到影响。因此有必要对机床进行模态分析,了解其动态特性,以便进一步分析和改进。本文概述了模态分析的概念、研究意义及发展历史,介绍了机床模态分析的研究现状, 从理论方法与试验方法两方面指出了其关键技术以及研究发展方向。 关键词:模态分析;动态特性;机床;理论方法;实验方法 Summary of the model analysis method of machine tool ZHEN Zhen (Beijing Information Science & Technology University, Mechanical and Electrical Engineering College, Beijing, 100192) Abstract:Modal analysis is a modern method to study the dynamic characteristics of mechanical structure. It’s an important method in structure dynamic design and fault diagnosis of equipment.Its accuracy and lifetime will be affected due to withstand all kinds of variable load and vibration when the machine tool works.So it is necessary to make modal analysis and to understand the dynamic characteristics for machine tool in order to further analyze and improve. This paper summarizes the concept, significance and history of modal analysis and introduces the research status of model analysis of machine tool. It also points out the key technology and research direction in this field from two aspects of theoretical method and experimental method. Key words:model analysis; dynamic characteristics; machine tool; theoretical method; experimental method 0 引言 模态是指机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。模态分析是一种研究机械结构动力的方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析法搞清楚了结构物在某一个易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法[1]。 模态分析将构件的复杂振动分解为许多简单而独立的振动,并用一系列模态参数来表征的过程。根据线性叠加原理,一个构件的复杂振动是由无数阶模态叠加的结果。在这些模态中。模态分析最终目标是识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。模态分析主要分为3类方法:一是,基于计算机仿真的有限元分析法;二是,基于输入(激励)输出(响应)模态试验的试验模态分析法;三是,基于仅有输出(响应)模态试验的运行模态分析法。有限元分析属结构动力学正问题,但受无法准确描述复杂边界条件、结构物理参数和部件连接状态等不确定性因素的限制难以达到很高的精度。第二、三类方法属结构动力学反问题,基于真实结构的模态试验。因而能得到更准确

模态分析意义

模态分析意义模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模态分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先,将结构物在静止状态下进行人为激振,通过测量激振力与胯动响应并进行双通道快速傅里叶变换(FFT)分析,得到任意两点之间的机械导纳函数(传递函数)。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合,识别出结构物的模态参数,从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理,在已知各种载荷时间历程的情况下,就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。近十多年来,由于计算机技术、

FFT 分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展,试验模态分析得到了很快的发展,受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中,大致均可分为四个基本过程:(1)动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析1)激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励,采集各点的振动响应信号及激振力信号,根据力及响应信号,用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同,相应识别方法也不同。目前主要由单输入单输出(SISO)、单输入多输出(SIMO)多输入多输出(MIMO)三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机(包括白噪声、宽带噪声或伪随机)、瞬态激励(包括随机脉冲激励)等。2)数据采集。SISO 方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号,用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振形数据。SIMO 及MIMO 的方法则要求大量通道数据的高速并行采集,因此要求大量的振动测量传感器或激振器,试验成本较高。3)时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。(2)建立结构数学模型根据已知条件,建立一种描述结构状态及特性的模型,作为计算及识别参数依据。目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同,也分为频域建模和时

2018-2019年数控机床行业市场调查分析报告

2018年10月出版

目录 第一章、数控机床行业的监管部门和相关产业扶持政策 (4) 1、行业的主管部门及监管体系 (4) 2、相关扶持政策 (5) 第二章、数控机床行业发展现状 (6) 第三章、数控机床行业发展趋势 (9) 1、高速化、高精度化 (10) 2、高可靠性 (10) 3、智能化 (11) 4、多功能化 (11) 第四章、数控机床行业产业链分析 (12) 1、上游产业 (12) (1)数控系统 (12) (2)主轴 (13) (3)丝杆线轨 (13) (4)刀库 (13) 2、下游产业 (13) (1)汽车行业 (14) (2)航天航空 (15) (3)城市轨道交通 (16) (4)模具行业 (17) 第五章、数控机床行业壁垒分析 (18) 1、技术研发和设计能力壁垒 (18) 2、资金壁垒 (18) 3、技术人才壁垒 (18)

4、营销网络及品牌壁垒 (19) 第六章、数控机床行业风险特征 (19) 1、政策支持的不确定性 (19) 2、宏观经济的不确定性 (19) 3、原材料价格的波动 (20) 第七章、相关公司简介 (20) 1、海德曼智能装备股份有限公司 (20) 2、江苏盛鸿智能科技股份有限公司 (20) 3、福建省嘉泰数控机械有限公司 (21) 4、浙江永力达数控科技股份有限公司 (21)

第一章、数控机床行业的监管部门和相关产业扶持政策 1、行业的主管部门及监管体系 国家对机床行业的管理主要是由国家发展和改革委员会及中华 人民共和国工业和信息化部依据市场化原则进行管理,没有特殊限制。国家发改委主要负责组织拟订综合性产业政策,组织拟订高技术产业发展、产业技术进步的战略、规划和重大政策,协调解决重大技术装备推广应用等方面的重大问题。工业和信息化部主要负责研究提出工业发展战略,拟订工业行业规划和产业政策并组织实施;指导工业行业技术法规和行业标准的拟订;组织领导和协调振兴装备制造业,组织编制国家重大技术装备规划,协调相关政策等。国家质量监督检验检疫总局对数控机床行业的产品质量进行监督。 在行业自律组织方面,中国机床工具工业协会是以中国机床工具工业的制造企业为主体,由有关企业或企业集团、科研设计单位、院校和团体自愿组成,不以营利为目的,不受地区、部门隶属关系和所有制限制的全国性行业组织。其以维护全行业共同利益、促进行业发展为宗旨,在政府、国内外同行业企业和用户之间发挥桥梁、纽带和中介组织作用,在国内同行业企业间发挥自律性协调作用。主要任务是调查研究机床工具行业的现状及发展方向,向政府反映行业、企业的要求;接受政府部门委托,提出行业发展规划建议;推进行业自主创新,转变发展方式,提高产业整体素质;促进行业技术标准的贯彻实施,提高行业产品质量和管理水平;促进国内外经贸技术交流,开

各种模态分析方法总结及比较

各种模态分析方法总结与比较 一、模态分析 模态分析是计算或试验分析固有频率、阻尼比和模态振型这些模态参数的过程。 模态分析的理论经典定义:将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标,使方程组解耦,成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程,以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵,其每列为模态振型。 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模记分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。 模态分析最终目标是在识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。二、各模态分析方法的总结

(一)单自由度法 一般来说,一个系统的动态响应是它的若干阶模态振型的叠加。但是如果假定在给定的频带内只有一个模态是重要的,那么该模态的参数可以单独确定。以这个假定为根据的模态参数识别方法叫做单自由度(SDOF)法n1。在给定的频带范围内,结构的动态特性的时域表达表示近似为: ()[]}{}{T R R t r Q e t h r ψψλ= 2-1 而频域表示则近似为: ()[]}}{ {()[]2ωλωψψωLR UR j Q j h r t r r r -+-= 2-2 单自由度系统是一种很快速的方法,几乎不需要什么计算时间和计算机内存。 这种单自由度的假定只有当系统的各阶模态能够很好解耦时才是正确的。然而实际情况通常并不是这样的,所以就需要用包含若干模态的模型对测得的数据进行近似,同时识别这些参数的模态,就是所谓的多自由度(MDOF)法。 单自由度算法运算速度很快,几乎不需要什么计算和计算机内存,因此在当前小型二通道或四通道傅立叶分析仪中,都把这种方法做成内置选项。然而随着计算机的发展,内存不断扩大,计算速度越来越快,在大多数实际应用中,单自由度方法已经让位给更加复杂的多自由度方法。 1、峰值检测 峰值检测是一种单自由度方法,它是频域中的模态模型为根据对系统极点进行局部估计(固有频率和阻尼)。峰值检测方法基于这样的事实:在固有频率附近,频响函数通过自己的极值,此时其实部为零(同相部分最

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