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

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

2、機(jī)床的結(jié)合部類(lèi)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(mǎn)足高端要求以及尚沒(méi)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(jī)床固定結(jié)合部動(dòng)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(dòng)力學(xué)解析模型，解決了動(dòng)

3、力學(xué)模型工程實(shí)用性問(wèn)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(kāi)發(fā)了基于虛擬材料的參數(shù)化固定結(jié)合部動(dòng)力學(xué)模式嵌入方法，從而為機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)整機(jī)的高精度動(dòng)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：分形維數(shù)和分形粗糙度參數(shù)與取樣長(zhǎng)度無(wú)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(duì)虛擬材料的理論解進(jìn)行有效性驗(yàn)證。以4類(lèi)零件結(jié)合部為研究對(duì)象，以測(cè)試試件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基準(zhǔn)，對(duì)一系列試驗(yàn)試件的理論模態(tài)與實(shí)驗(yàn)?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