机床固定结合部刚度与阻尼参数的识别方法
impactTest机床主轴动刚度测试

LMS impactTesting在机床主轴上的应用发表时间:2011/11/25 万力游来源:LMS2011论文集关键字:动刚性impact Testing边界模态抗振性动刚性是指主轴抵抗外界动态力的能力,单位N/mm。
机床主轴动刚性分析是检验机床主轴动态性能好坏的一项重要指标,是机床的抗振和抗外力干扰能力的体现,特别是在高速精加工机床主轴上,这项指标尤为重要。
LMS为此提供了强大的分析功能。
数控铣床主轴是铣床的核心部件,它直接承载着刀盘的切削力,传递电机的扭矩。
因此,其上的轴承预紧、安装配合状态以及支持方式都直接影响着主轴的刚性和机床的加工能力。
我们通过动刚性测试和分析可以获取“主轴-轴承系统”的低阶固有频率以及各阶固有频率下对应的动刚度数值。
通过“移频降幅”的措施,提高主轴的抗振性,改善产品的加工质量,避免切削振纹的产生。
1 试验准备本次试验采用LMS公司的Impact Testing测试分析软件,结构模态用ICP三向加速度计(PCB),模态力锤(软橡胶头),抗干扰屏蔽电缆线。
2 试验方法用橡胶垫和弹性绳来模拟主轴的自由边界条件,橡胶垫和弹性绳的自然频率应为“主轴-轴承系统”固有频率的1/5。
由于在铣削加工过程中,主轴前端是承受断续切削冲击的主要部位,也是我检测主轴动态性能关键部位。
将加速计用磁铁或蜂蜡粘于主轴前端,用模态力锤在加速计附近敲击主轴前端,为保证测试的准确性,每次锤击的方向和力度要基本一致,数据取10次平均,测试带宽取800HZ,分辨率1HZ。
结合Impact Testing测试软件所得的频响函数,相干性(coherence),动刚度(dynamic Stiffness)曲线分析“主轴-轴承系统”的动刚性。
3 试验内容(1)让主轴部件放在垫有橡胶垫的地面上,其他个方向处于自由状态。
如图1所示。
图1 测试示意图LMS impact Testing动刚性测试结果如图2、图3所示。
图2 垂直径向动刚度测试图3 轴向动刚度测试由图2,图3所示的动刚性曲线和相干性曲线可知,图中所示波谷为整个测试系统(包含了主轴和橡胶结合部的自然频率)的固有频率处,其对应的相干系数coherence皆在0.98以上(说明测试的输入与输出关联性很好),保证了测试结果可靠性和准确性。
机床主轴滚动轴承支承刚度计算(二)

机床主轴滚动轴承支承刚度计算(二)一、引言机床主轴是机床的核心组成部分,支承刚度是其运行稳定性的重要指标之一。
因此,正确地计算主轴滚动轴承支承刚度对于机床的精度和质量至关重要。
二、主轴滚动轴承的型号与参数1. 主轴滚动轴承型号:7010C2. 主轴径向负荷额定值:13.1kN3. 主轴轴向负荷额定值:8.8kN4. 主轴轴承内外圈直径:80mm/50mm5. 主轴轴承宽度:16mm三、支承刚度计算1. 等效负荷计算由于主轴滚动轴承在实际运行中受到的负荷是径向与轴向复合负荷,因此,需要将其转化为等效负荷进行计算。
等效负荷的计算公式如下:P_eq = K_r * F_r + K_a * F_a其中,K_r 和 K_a 分别为径向与轴向的负荷系数,F_r 和 F_a 分别为径向与轴向的负荷值。
根据主轴滚动轴承型号及参数,可以得出 K_r = 1,K_a = 0.56,假设主轴的工作情况为车削加工,且主轴最大切削力为2.5kN,因此F_r = 0,F_a = 2.5kN。
代入公式,得出等效负荷 P_eq = 1.4kN。
2. 支承刚度计算支承刚度是指在单位应力下,轴承的变形量与应力之比,即K = ΔF/ΔL。
由于主轴滚动轴承为单列角接触球轴承,其支承刚度可采用公式:K = (2 * E * a)/(1-ν^2) * (cosα/ (d*D))其中,E 为轴承弹性模量,ν 为轴承泊松比,a 为轴承壳体材料的线膨胀系数,α 为接触角,d 和 D 分别为轴承内径和外径。
根据主轴滚动轴承的参数,可知 E = 210 GPa,ν = 0.3,a = 12.4×10^-6/℃,代入公式,得出 K = 2.01×10^7 N/m。
3. 支承刚度检验根据国家标准《机床主轴技术条件》GB/T 23467-2009 的规定,机床主轴滚动轴承的径向支承刚度不得小于 2.6×10^6 N/m,轴向支承刚度不得小于 1.3×10^6 N/m。
起重机的动刚度及其测试方法

的单自由度系统 (如图 1 所示) ,其动刚度 KD 可以 表示为 :
KD = K〔(1 - λ2) + 2 ξi λ〕
(1)
式中 K ———系统的静刚度
ξ———阻尼比
ξ= C/ (2 mωn) C ———阻尼系数
m ———系统质量 ωn ———系统固有频率 ωn = K/ m = 2πf n
f n ———结构的自振频率 λ———频率比
这种方法的原理与贴应变片法的本质是相同 的 ,只不过所使用的传感器与二次仪表不同 (见图 5) 。首先将加速度计安装在测点处 ,主方向与所测 动刚度的方向相一致 ,并与电荷放大器相连接 ,其输 出信号可分别与电平记录仪或磁带机等记录设备相 连 ,也可与动态数据采集分析系统相连 。然后按要 求产生测试动刚度所需的动载 ,用测试系统记录所 产生的动态信号 ,通过对记录信号的正确分析得到 所测动刚度的数值 。其分析方法与贴应变片法相 同 ,不再赘述 。
中国重机协会葫芦单双梁起重机
专业委员会议简讯
中国重机协会葫芦单双梁起重机专业委员会于
1999 年 1 月 22 日至 24 日在天津召开了会员代表大
会 ,来自 91 个单位的 107 名代表参加了会议 。中国
重机协会 、中国重机总公司 、北京起重运输机械研究
所 、国家起重运输机械质量监督检验中心 、天津市机
起重机的动刚度及其测试方法
太原重型机械 (集团) 有限公司 高俊云
动刚度是衡量起重机结构抗振能力的主要指 标 ,对于一般的起重机 ,在设计时主要是对其静刚度 进行校核 ,而对动刚度则不进行验算 。除非有特殊 要求 (如高速运行以及要求精确安装的起重机等) 时 ,才必须对起重机的动刚度加以考虑 。如在 JB/ ZQ8001 —89《通用桥式起重机产品质量分等》中 ,要 求动刚度 ≥2 Hz ,并制定了相应的测试方法 。
颗粒离散元法中阻尼系数、刚度系数和时步的选取方法

Absr c :To s le t e p o l mso ee t g c mp t t n lpa a t r n ga u a si c e n t — tat o v h r b e fs lci o u ai a rmee si r n l rDitn tElme tMe h n o
YANG Ya g,T n ANG h u a S o g o,W ANG ui Jl n
( col f e saeE g Sh o o r pc n .& A pidMehnc , o ̄i nv , h nhi 00 2 C i ) A o p l ca i T n i S ag a 20 9 , hn e s U . a
对岩体 工程 中的 D M 与颗 粒 D M 进 行 区分 , E E 着重 讨论 颗 粒 D M 中阻尼 系数 、 E 刚度 系数 和 时 步等 参数 的选取 方 法.这些 计算 参数 的合 理 选取 对保证 模 拟 的真 实性具 有 重要 意 义.
关 键词 :颗粒 离散 元 法 ;阻尼 系数 ;刚度 系数 ;时步
颗 粒 离 散 元 法 中阻 尼 系数 、 度 系 数 和 刚 时步 的选 取 方法
杨 洋 , 唐 寿 高 , 王居 林
( 同济大学 航 空航天与 力学学院 , 海 上 20 9 ) 00 2
摘
要 :为解 决颗 粒 离散 元 法 ( iic Ee et to ,E 中阻尼 系数等 参数 选取 困难 的 问题 , Dsnt lm n Me d D M) t h
中图分 类号 : U 5 ;B 1 T 4 2T 15 文献标 志码 :A
S lc i n m e h d n d m p ng c e c e , tfn s o f ce ee to t o s o a i o f int si e s c e i i int
过盈配合面的接触刚度和接触阻尼计算研究

过盈配合面的接触刚度和接触阻尼计算研究万俟昊天;向阳;夏雪宝;刘辉【摘要】研究过盈配合结合面特性,通过有限元法计算过盈配合结合面在不同过盈量下的接触刚度和接触阻尼.在ANSYS中建立了过盈配合组件的有限元模型,对模型施加一定的边界条件,仿真后提取结合面上单元和节点的接触压力、位移等参数,计算接触刚度和接触阻尼.运用结构响应耦合方法,代入仿真计算得到的接触刚度和接触阻尼,建立过盈配合的理论模型,计算过盈配合一端的频率响应函数,与实测频响函数对比,验证了接触刚度和接触阻尼的正确性.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】6页(P85-90)【关键词】过盈配合;接触刚度;接触阻尼;结构响应耦合【作者】万俟昊天;向阳;夏雪宝;刘辉【作者单位】武汉理工大学能源与动力工程学院,武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院,武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院,武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院,武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U664过盈配合是机械工程中一种常见的构件连接方式,由于其配合连接紧密,可传递转矩,承受很大的轴向力,已广泛地应用于重型机械、起重运输机械、船舶、机车及通用机械中[1-2]。
过盈配合的过盈量大小是否对设备整体的动态特性有影响,以及有多大影响是本文研究的目的,特别是获得过盈配合结合面的特性参数(接触刚度和接触阻尼)。
由于过盈配合结合面本身的结构特点(结合面为封闭结构,无法在结合面上布置传感器),难以采用试验的方法直接识别结合面特性参数,所以这里采用有限元计算的方法,建立过盈配合组件的有限元模型,对模型施加一定的边界条件,仿真后提取结合面上单元和节点的接触压力、位移等参数,计算接触刚度和接触阻尼,最后再通过实验来验证结合面参数的正确性。
1 研究对象研究对象为轴和轴套的过盈配合,见图1。
轴和轴套材料为Q235,其几何尺寸和材料属性见表1。
普通车床固有频率的测量

普通车床固有频率的测量一、概述固有频率的测量常用方法有共振动法(幅值判别法和相位判别法)、频响函数法(传函判别法)、自由衰减振动波形自谱分析法(自谱分析法)。
针对普通车床的固有频率的测量,机床的保持方法为直立放置比较合适,即在原封不动的设置状态下进行加振。
所以这里采用的是频响函数法,测试方法是采用单点激励多点响应。
此法简图如图(1)所示。
图(1)二、频响函数法及系统工作原理频响函数分析法是利用系统输入与输出之间的关系,确定系统的固有特性,测试时主要获得系统的频响函数,通过对频响函数的分析来获得各种振动特性参数,测试获得的频响函数为⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⋅⋅=⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⋅⋅⋅n nn n n n n n F F F H H H H H H H H H X X X (2121)222211121121 (1) 即:HF X = (2)其中:X 为响应,可以是位移、速度和加速度;H 为频响函数矩阵;;F 为激振力。
测试时通常用加速度传感器测响应,用力传感器测出激振力,用分析软件绘制出各通道频响函数曲线,最后通过分析频响函数获得固有频率数据。
由频响函数矩阵的物理特性可知,在做比较简单的测试时,通常只需获得频响函数矩阵的一行或一列,即可获知系统的固有特性。
由此,对应两种测试方法,分别是单点拾振法( 对应频响函数的一行) 和单点激振法( 对应频响函数的一列) 。
如图(2)为系统简图,激振点选择在能激起最多的频率成分;能得到较大共振峰的点。
为了更好地模拟实际加工情况,因此这里选择模拟工件的端部作为激振点。
力传感器与工件采用刚性固定,而力传感器与激振器则采用柔性杆连接。
力传感器水平安装,激振器对工件产生一水平的横向力。
激振方式为使激振器产生一稳态随机振动力。
由于测定是普通车床整机的固有频率,则采用的频宽比较高,其值为1000Hz ,中心频率为500Hz (丹麦B&K 公司生产的20kg 激振器)。
滚动直线导轨副可动结合部动力学建模

( 华中科技大学 机械科学与工程学院 , 湖北 武汉 430074)
摘要 : 在系统分析国内外有关滚动直线导轨动力 学特性研究成果的基础上 , 提出了一种新的直 线滚动导 轨副 结合部动力学模型 , 并通过实验验证了该模型 . 结果表明 : a. 所建立 的直线 滚动导 轨副结 合部动力 学模型 具 有通 用性 , 可以用于任何一台使用该直线滚动导轨副的数 控机床的动力学建模中 ; b. 计算机仿 真计算结 果与 实验结果基本一致 , 在侧翻和偏航两个模态处 , 固有频率的仿真计算 值与实验值 非常一致 , 误差 不超过 3 % , 说明了模型的有效性 ; c. 所建立的模 型可以方便地与成熟有限元软件结合 . 关 键 词 : 数控机床 ; 滚动直线导轨 ; 结合部 ; 动力学模型 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 4512( 2008) 08 - 0085 - 04 中图分类号 : T H 132
图 2 结合部单元示意图
n= 1
E
2
k 1n ( x 1n - x 5n ) +
2
ij
n= 1
Ek
ij 4n
2
ij 2n
( x 2n - x 6n ) +
该单元共有 8 个节点 . 若不考虑 x 3 方向 ( 沿 导轨方向 , 滑块可自由移动) , 则每个节 点只有 2 个自由度 ( 平动自由度 ) , 滑块相对于导轨的 5 种 运动姿态即结合部的变形可由节点 1 与节点 5、 节点 2 与节点 6 、 节点 3 与节点 7 、 节点 4 与节点 8 之间的相对位移表现出来 , 结合部的受力也可由 各节点力近似反映 . 只要建立了上述节点位移与 节点力之间的关系, 就等于建立了其力学模型 . 系统的一般动力学方程为 [ M] {& x } + [ C] { Û x } + [ K ] { x } = { F} , ( 1) 式中 : [ M] , [ C] 和 [ K ] 分别为系统的质量矩阵、 阻 尼矩阵和刚度矩阵 ; { x & }, {Û x } 和 { x } 分别为加速 度、 速度和位移向量 ; { F} 为作用力向量. 对于结合部来说 , 其质量是可以忽略的, 当建 立其动力学模型时 , 只考虑结合部的刚度和阻尼
某型动力机械的底座刚度分析与改进措施

某型动力机械的底座刚度分析与改进措施随着科技的发展和技术的进步,动力机械在各个领域得到了广泛应用。
而机械的性能和使用寿命往往与其底座的刚度密切相关。
本文将对某型动力机械的底座刚度进行分析,并提出相应的改进措施,以期提高机械的运行效率和可靠性。
在进行底座刚度分析之前,我们首先需要了解什么是底座刚度。
底座刚度是指机械系统在受到外力或者内力作用时,底座对于这些力的抗力能力。
底座刚度的好坏直接影响着机械在运行过程中的稳定性和工作效果。
因此,对底座刚度的分析和改进是非常重要的。
某型动力机械在使用过程中存在一些问题,如噪音过大、振动频繁,甚至会导致机械失去稳定运行。
经过分析,我们发现这些问题与底座刚度有很大关系。
因此,我们需要对底座的刚度进行分析,找出问题所在,进而提出改进的措施。
首先,我们进行了底座刚度的有限元分析。
通过有限元软件模拟了机械在运行过程中的受力情况,并得到了底座的应力和变形情况。
分析结果表明,底座在受到外力作用时,存在应力集中和变形过大的问题。
这就是导致噪音和振动问题的原因之一。
基于以上分析结果,我们提出了改进措施。
首先,我们采用高强度材料替换原有的底座材料,以提高其刚度和抗力能力。
其次,通过增加支撑点和加强连接方式,增加底座与机械本体之间的接触面积,使底座能够更加牢固地固定机械。
此外,我们还考虑在底座上增加一些缓冲材料,以吸收和消散机械运行过程中产生的冲击力和振动。
经过改进后,我们再次进行了底座刚度分析。
结果表明,底座的应力和变形情况得到了显著改善。
噪音和振动问题得到了有效控制,机械的运行效率和可靠性得到了提升。
总结起来,某型动力机械的底座刚度分析和改进措施对于提高机械的性能和使用寿命具有重要作用。
通过有限元分析和适当的改进措施,我们可以有效解决底座刚度不足导致的问题。
未来,在实际生产和设计中,我们应该更加重视底座刚度的分析和改进,以确保机械能够稳定运行。
同时,还需要加强对于底座材料和结构的研究,以提高其整体刚度和抗力能力。
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象 与车 架前 端抗 扭 刚 度不 足 有直 接 的关 系 。
3 副 车 架 结构 的 改 进 及 有 限 元 分 析
31 改 进 的 副 车 架 结 构 .
为 验 证 改 进 后 的 副 车 架 的 受 力 情 况 ,给 出 了 车 架 被抬高为 5 0 mm 的 极 限 情 况 下 车 架 的 受 力 大 小 。如 图 9所 示 。 使 在 车 轮 抬 高 5 即 0 mm 的 情 况 下 , 进 后 副 车 改
架 的 最 大 Vo - ie n M s s应 力 才 为 2 0 MP , 远 远 低 于 其 0 a
其 值 为 1 4 MP 3 a左 右 。 为 许 用 应 力 的 5 % 。 可 见 改 仅 0
机 械 结 合 部 在 机 械 结 构 中 几 乎 无 处 不 在 。 而 结 合 部 的 刚 度 、 尼 参 数 识 别 问 题 , 直 困 扰 着 机 械 结 构 的 阻 一 动 力 分 析 与 动 态 优 化 设 计 的 进 一 步 发 展 。 年 来 , 管 近 尽 理 论 上 提 出 了几 种 结 合 面 解 析 参 数 模 型 ,但 目前 理 论
法是简单有效的。
关键词 : 结合 面 接触 刚度 模态 传 递 函数
中图 分 类 号 :H1 3 T l
文献标识码: A
文 章 编 号 :0 0 4 9 (0  ̄0 - 0 4 0 1 0 — 9 82 1 4 0 2 - 3
计算 的结合 面参 数 有待 实验 检 验 , 实验 方 法较 复 杂 , 而 必 须有 足 够多 的实 验样 本 , 则较 难 推广 。 否 目前 一 些 研 究 实 验 基 于 静 态 情 况 下 结 合 面 参 数 研 究 和 动 态 情 况 相 差 较 大 。 随 着 计 算 机 技 术 和 有 限 元 方 法 的 发 展 , 机 械 结 构 的 模 态 y- 方 法 成 为 可 能 ,E为 使 j析 - r
4 结 束 语
本 文 针 对 YJ 1 8 型 自 卸 车 副 车 架 在 行 驶 过 程 中 32 出现 的 问题 . 过 有 限元 软件 对该 车 架改 进 前 、 进 行 通 后
静 态 受 力 分 析 , 出 改 进 前 车 架 裂 纹 产 生 的 原 因 , 厂 找 为
针 对 副 车 架 的 抗 扭 刚 度 不 足 ,本 文 对 副 车 架 野 外 场 所 的 载 重 车 车 架 结 构 设 计 及 完 善 提 供 了重 要 的 参 考 依 据 。
参 考 文 献
r ] 张 志 功 . J 1 8型 自卸 车 副 车 架 有 限 元 分 析 及 结 构 改 进 1 Y 32 [ . 和浩 特 : D] 呼 内蒙 古 工 业 大 学 , 0 8 20.
看 出 .车架 方横 梁 与 纵梁 宽 度转 折处 产 生应 力 集 中现
进后 的车架 没有 过 大 的扭 曲变 形 , 抗 扭 刚度 增 强 , 其 也 没 有 出 现 过 大 的 应 力 集 中 , 力 性 能 大 大 提 高 , 足 了 受 满
设计 和使 用 要求 。 以上分 析结 果 表 明 , 出 的修 改方 案 是合 理 的 , 提 为
股 份 有 限公 司 ,0 4 20.
[ ] 周 志革 ,王 金 刚.轻 型 货 车 车 架 纵 梁 异 常 开 裂 原 因 的 分 析 4
构 进 行 了 改 进 , 如 图 8所 示 副 车 架 有 五 根 横 梁 和 两 根 X型 梁组 成 [ 。 32 . 改 进 后 车 架 的 有 限 元 静 态 分 析
家 提 出优 化 的 改 进 方 案 , 对 改 进 后 的 车 架 进 行 评 价 , 并
为 进 一 步 改 进 提 供 参 考 依 据 。 另 外 针 对 副 车 架 所 采 用
[ ] J . il . e hnclE gneig D s n [ 3 G a 2 . S g y M c aia nier ei E h e n g M Mc rw— .
Hi1 1 97. l. 9
[ ] 北 方 奔 驰 改 装 指 南 [ . 蒙 古 包 头 第 二 机 械 厂 北 方 奔 驰 3 Z] 内
机床 固定 结合 部 刚度 与 阻尼参数 的识别 方法
口 黄建龙 ・ 口 赵维龙 ・
兰州
口 柴少峰 ・
7 o 5 300
口 舒海燕 z
1 兰 州 理 工 大 学 机 电工 程 学 院 .
2 甘肃 省机 械科 学研 究 院 先 进 设 计 应 用 研 究 创 新 团 队 兰 州 7 0 3 . 30 0
摘 要 :根 据 结 合 部 的 结 构 特 征 ,提 出 了一 种 传 递 函数 分 析 与 实验 模 态 分析 相 结 合 的 结 合 面参 数 识 别 方 法 , 利 用
D S A P测 试 系统 对 实验 测得 的数 据进 行 传 递 函 数 分 析 和 模 态分 析 , 对 结 合 面接 触 刚度 的 识 别进 行 了 实验 验 证 , 明 该 方 并 证
收 稿 日期 :0 1年 1 21 1月
横 梁 少 , 转 刚 度 小 , 端 的 横 梁 多 , 转 刚 度 大 , 会 扭 后 扭 就 产 生 变 形 不 协 调 现 象 . 从 而 在 车 架 中 端 产 生 应 力 集 中 现 象 . 加 上 扭 转 刚 度 很 强 的 方 横 梁 和 易 造 成 应 力 集 中 的纵 梁 宽度 转 折处 正好 在 此 处 附近 , 碍 变形 的产 生 , 阻 从 而 导 致 该 处 应 力 集 中 现 象 的 进 一 步 恶 化 。 由 此 可 以