隨著測(cè)試儀器、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，功能強(qiáng)大 的以計(jì)算機(jī)為主體的試驗(yàn)分析系統(tǒng)逐步取代了依賴(lài)于專(zhuān)用信號(hào)分析儀的傳統(tǒng)的試 驗(yàn)分析系統(tǒng)，且功能更強(qiáng)大、靈活。為以計(jì)算機(jī)為主體結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性試驗(yàn)分析 系統(tǒng)硬件，如圖3.2所示，主要有以下三個(gè)分系統(tǒng)組成
理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法把機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元理論模態(tài)分析的正過(guò)程和試驗(yàn)?zāi)?態(tài)分析的逆過(guò)程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并根據(jù)實(shí)際需要交替反復(fù)應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī) 械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力修改至動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的全過(guò)程，以求得系統(tǒng)最優(yōu)的數(shù)學(xué)模型及其最 優(yōu)的動(dòng)態(tài)特性模態(tài)分析，稱(chēng)為理論——試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。該方法進(jìn)一步擴(kuò)大了前兩 種方法工程應(yīng)用的范圍并顯著提高其工程應(yīng)用的效果，己成為目前的發(fā)展方向。
本論文以1060型立式加工中心進(jìn)行研究，該加工中心為立式床身式結(jié)構(gòu)，進(jìn)給軸為X、Y、Z三座標(biāo)控制， ******快移速度達(dá)20m/min(Z軸：15m/min);主軸為伺服電機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，功率為 7.5/11Kw，最高轉(zhuǎn)速達(dá)8000rpm;采用臺(tái)灣進(jìn)口上銀雙螺母預(yù)壓C3級(jí)滾珠絲杠和 重載精密滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌，絲杠兩端采用預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)，大大消除了熱變形對(duì)機(jī)床精 度的影響，機(jī)床定位精度達(dá)±0.0〇5mm，重復(fù)定位精度達(dá)±0.003mm;采用進(jìn)口臺(tái) 灣刀庫(kù)，容量16-24把可選，換刀準(zhǔn)確可靠，最快換刀時(shí)間小于2.5秒；機(jī)床數(shù) 控操作系統(tǒng)可以客戶(hù)自選，機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種盤(pán)類(lèi)、板類(lèi)、殼體、凸輪、模具 等復(fù)雜零件一次裝夾，完成鉆、銑、鏜、擴(kuò)、鉸、攻絲等多種工序加工，適合于 多品種、中小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，對(duì)復(fù)雜、高精度零件的加工更能顯示其優(yōu)越性； 機(jī)床如配置第四、五軸，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的高效、高精自動(dòng)化加工。機(jī) 床適合航空航天、軍工國(guó)防、汽車(chē)摩托車(chē)、工程機(jī)械、制冷石化、機(jī)車(chē)車(chē)輛等行 業(yè)的中小型零件的高效、高精自動(dòng)化加工。
模態(tài)分析理論是一門(mén)融振動(dòng)理論、信號(hào)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)理統(tǒng)計(jì)及自動(dòng)控 制理論于一體的綜合，并結(jié)合自身內(nèi)容的發(fā)展，形成的一套獨(dú)特的理論。模態(tài)分 析實(shí)質(zhì)上是一種坐標(biāo)變換[22][23]t24][25]。其目的在于把原物理坐標(biāo)系統(tǒng)中描述的相應(yīng) 向量轉(zhuǎn)換到“模態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)”中來(lái)描述。在物理坐標(biāo)系統(tǒng)中，彈性力和阻尼力往 往和兩座標(biāo)的相對(duì)位移與相對(duì)速度有關(guān)，即對(duì)應(yīng)的矩陣為非對(duì)角陣，對(duì)于有成千 上萬(wàn)自由度的系統(tǒng)，解非對(duì)角陣（或耦合方程）既費(fèi)時(shí)又會(huì)產(chǎn)生很大誤差。向量 并不一定正交，而模態(tài)坐標(biāo)中的正交向量能更好地反映結(jié)構(gòu)特性。模態(tài)試驗(yàn)就是 通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析尋求其“模態(tài)參數(shù)”的。主要應(yīng)用有：
這是試驗(yàn)?zāi)B(tài)的關(guān)鍵一步，所測(cè)量得到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性直接影響到 模態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果。在某一激振力的作用下被測(cè)系統(tǒng)一旦被激振起來(lái)，就可以通過(guò) 測(cè)試儀器測(cè)量得到激振力或響應(yīng)的時(shí)域信號(hào)，通過(guò)數(shù)學(xué)手段將其轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)， 就可以得到系統(tǒng)頻響函數(shù)的平均估計(jì)，在某些情況下不要求計(jì)算頻響函數(shù)，只需 要時(shí)間歷程就可以了。
由于試驗(yàn)條件的關(guān)系，本文采用頻域識(shí)別的方法對(duì)機(jī)床的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別， 下面簡(jiǎn)單介紹在頻域中的一些模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法。分量分析法就是將頻響函數(shù)分成實(shí)部和虛部分量進(jìn)行分析，式(2-15)是基本 公式，它是一種圖解法，即從曲線(xiàn)上直接找出有關(guān)參數(shù)。
本章簡(jiǎn)單介紹了模態(tài)試驗(yàn)的相關(guān)理論和模態(tài)分析的基本步驟，包括模態(tài)分析 理論與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析理論，揭示了傳遞函數(shù)與模態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系。重點(diǎn)介紹了 從傳遞函數(shù)到得到模態(tài)參數(shù)的識(shí)別過(guò)程的理論基礎(chǔ)。
本章從試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的整體觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，先討論了激勵(lì)系統(tǒng)、力傳感器和運(yùn)動(dòng) 傳感器、測(cè)試與分析系統(tǒng)以及具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)的一些基本問(wèn)題。不同的測(cè)試與分析 系統(tǒng)，它們?cè)谛阅?、靈活性、大小和價(jià)格等方面是有區(qū)別的，需要試驗(yàn)設(shè)計(jì)者根 據(jù)不同的需要進(jìn)行選取。在確定了模態(tài)分析與測(cè)試系統(tǒng)后，設(shè)計(jì)模態(tài)分析試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)工程師應(yīng)當(dāng)利用盡可能多的信息。從這一觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，傳遞函數(shù)的測(cè)試這一部 分主要討論了正確選擇響應(yīng)點(diǎn)和激勵(lì)點(diǎn)的一些理論和方法;信號(hào)采集過(guò)程中的一 些參數(shù)設(shè)置，以及針對(duì)不同試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的頻段選取。本章的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)為后 面具體的機(jī)床模態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法可以分為頻響函數(shù)法（簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)力法）和環(huán)境激勵(lì)法（簡(jiǎn)稱(chēng) 不測(cè)力法）兩種，所謂測(cè)力法就是在試驗(yàn)過(guò)程中需要同時(shí)測(cè)量激勵(lì)力和響應(yīng)的方 法。經(jīng)典的測(cè)力法是利用頻域的頻響函數(shù)（FRF)或時(shí)域的脈沖響應(yīng)函數(shù)（IRF) 對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。頻響函數(shù)是響應(yīng)和力的傅里葉變換之比，而脈沖響應(yīng)函數(shù) 也要先測(cè)得頻響函數(shù)然后經(jīng)傅里葉逆變換（IFFT)獲得。因此，測(cè)力法必須利用 帶測(cè)力計(jì)的激振器或力錘施加可測(cè)量的激勵(lì)力。測(cè)力法可以估計(jì)所有的模態(tài)參數(shù)， 包括固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼或阻尼比、模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度，而且精度 較高。
模態(tài)試驗(yàn)中，試驗(yàn)夾具和支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證相當(dāng)重要。當(dāng)發(fā)現(xiàn)夾具和支 承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)所試驗(yàn)結(jié)構(gòu)有明顯影響時(shí)，應(yīng)將試驗(yàn)對(duì)象連同夾具一起作為 整體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。隨著試驗(yàn)對(duì)象結(jié)構(gòu)愈來(lái)愈大，要設(shè)計(jì)一個(gè)具有理想界面或與 試驗(yàn)對(duì)象藕合較小的夾具也愈來(lái)愈困難，費(fèi)用也相當(dāng)昂貴，有的需從試驗(yàn)方法(如 慣性質(zhì)量界面和殘余柔度)去解決這些矛盾。
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