机械系统结合部数字化建模与分析PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 目的和意义 1

1.2 机械系统结合部的基本概念 2

1.2.1 结合部的定义及分类 2

1.2.2 几种典型的结合部 3

1.2.3 结合部对机械系统性能的影响 6

1.3 国内外研究现状 7

1.3.1 螺栓联接结合部建模 7

1.3.2 主轴系统结合部建模 7

1.3.3 直线滚动导轨结合部建模 10

1.4 本书的主要内容 12

参考文献 14

2 螺栓联接梁结构的检测与表征测试 19

2.1 测试的基本原理和方法 19

2.1.1 叠加原理测试 19

2.1.2 谐波失真测试 20

2.1.3 互换性测试 20

2.1.4 定力幅频响函数测试 21

2.1.5 频域相关函数测试 21

2.1.6 Hilbert变换法 22

2.2 试验测试系统的建立 23

2.2.1 硬件组成 23

2.2.2 软件组成 24

2.3 检测与表征测试 25

2.3.1 谐波失真测试 25

2.3.2 相关函数测试 26

2.3.3 定力幅频响函数测试 27

2.4 本章小结 29

参考文献 30

3 基于力状态映射法的螺栓联接梁结构动力学参数识别 31

3.1 螺栓联接梁结构非线性动力学模型的建立 31

3.1.1 螺栓联接梁线性动力学模型的建立 31

3.1.2 非线性联接单元 33

3.1.3 Iwan模型 35

3.1.4 螺栓联接梁非线性模型的建立 36

3.2 Force-state mapping法及其数值仿真 37

3.2.1 Force-state mapping法 37

3.2.2 时域数据积分方法 39

3.2.3 数值仿真 39

3.3 面向螺栓联接梁结合部的动力学参数辨识流程 42

3.4 实例研究 43

3.4.1 试验测试 43

3.4.2 参数辨识 45

3.5 本章小结 47

参考文献 47

4 基于多尺度法识别螺栓联接梁结构的动力学特性参数 48

4.1 螺栓联接梁结构两自由度非线性模型的建立 48

4.2 非线性模型的多尺度法解析求解 49

4.2.1 求解不同时间尺度下的微分方程 49

4.2.2 ε0阶项的解 51

4.2.3 ε1阶项的解 52

4.2.4 求解频率响应函数 53

4.3 非线性模型螺栓联接梁模型中参数的识别 54

4.3.1 模型线性参数的识别 54

4.3.2 模型非线性参数的识别 54

4.4 基于多尺度法解的非线性模型参数识别流程 55

4.5 实例研究 55

4.5.1 试验测试 56

4.5.2 线性参数的识别 58

4.5.3 非线性参数识别 59

4.6 本章小结 61

参考文献 62

5 主轴系统结合部的建模方法 63

5.1 结构描述 63

5.1.1 高速主轴-轴承结合部 63

5.1.2 高速主轴-刀柄-刀具结合部 64

5.2 高速主轴-轴承结合部建模方法 64

5.2.1 主轴-轴承子结构模型 64

5.2.2 高转速情况下五自由度球轴承受力与变形关系 65

5.3 高速主轴-刀柄-刀具结合面的建模 72

5.3.1 主轴-刀柄-刀具结合面子结构模型 72

5.3.2 主轴-刀柄-刀具结合面有限元模型 73

5.4 本章小结 76

参考文献 76

6 主轴系统结合部动力学特性的试验方法 78

6.1 概述 78

6.2 高速主轴系统频响函数测试 79

6.2.1 试验对象和试验设备 79

6.2.2 不同刀柄刀具组合的主轴系统频响函数测试 80

6.2.3 不同悬伸长度刀具的主轴系统频响函数测试 82

6.3 切削性能测试 83

6.3.1 试验对象和试验设备 84

6.3.2 试验测试过程与结果 84

6.4 本章小结 87

参考文献 88

7 考虑结合部特性的高速主轴系统建模及固有特性分析 89

7.1 概述 89

7.2 阻抗耦合子结构法建模原理 89

7.2.1 自由状态下Timoshenko梁的频响函数 89

7.2.2 自由状态下Timoshenko梁的固有振型 90

7.2.3 Timoshenko梁的耦合 93

7.3 基于阻抗耦合子结构法求解主轴系统固有特性流程 94

7.4 基于阻抗耦合子结构法研究主轴系统固有特性实例分析 95

7.4.1 高速主轴系统的阻抗耦合子结构模型 95

7.4.2 高速主轴系统的各轴段固有频率 96

7.5 半理论法预测高速主轴系统刀尖点频响函数 97

7.5.1 半理论法概述 97

7.5.2 基于半理论法高速主轴系统刀尖点频响函数预测与分析 98

7.6 结合部刚度对高速主轴系统频响函数的影响分析 99

7.6.1 轴承结合部刚度对主轴单元端部频响函数的影响分析 100

7.6.2 主轴-轴承结合部刚度对高速主轴系统刀尖点频响函数的影响分析 104

7.6.3 主轴-刀柄结合部刚度对高速主轴系统刀尖点频响函数的影响分析 105

7.6.4 刀柄-刀具结合部刚度对高速主轴系统刀尖点频响函数的影响分析 106

7.7 本章小结 108

参考文献 109

8 考虑结合部特性的高速主轴系统振动响应分析 110

8.1 概述 110

8.2 基于有限元法的高速主轴系统振动响应分析 110

8.2.1 高速主轴系统振动响应分析模型 110

8.2.2 高速主轴系统振动响应分析流程 113

8.3 不同结合部模型对高速主轴振动响应的影响分析 115

8.3.1 刚性联接模拟结合部对高速主轴系统振动响应的影响 115

8.3.2 集中弹簧模型模拟结合部对高速主轴系统振动响应的影响 116

8.3.3 分布式弹簧模型模拟结合部对高速主轴系统振动响应的影响 117

8.4 转速对高速主轴系统振动响应的影响分析 119

8.5 轴承参数对高速主轴系统振动响应的影响分析 122

8.5.1 轴承间隙对高速主轴系统振动响应的影响分析 123

8.5.2 轴承接触刚度对高速主轴系统振动响应的影响分析 127

8.5.3 轴承类型对高速主轴系统振动响应的影响 131

8.6 切削力对高速主轴系统动态响应的影响分析 135

8.7 本章小结 139

参考文献 140

9 直线滚动导轨结合部动力学建模方法 142

9.1 表征导轨系统动力学特性的参数 142

9.2 导轨系统动力学建模方法 143

9.3 导轨结合部处理方式 144

9.3.1 用弹簧阻尼单元模拟结合部 145

9.3.2 用解析表达式描述结合部特性 146

9.3.3 用假想材料模拟结合部特性 146

9.3.4 用自创的结合部单元来模拟结合部 147

9.3.5 用接触单元模拟结合部特性 148

9.4 本章小结 149

参考文献 149

10 直线滚动导轨副的静力学及动力学试验 151

10.1 直线滚动导轨副静力学试验 151

10.1.1 试验装置与原理 151

10.1.2 测试过程与结果 152

10.2 安装在床身上的直线滚动导轨模态试验 154

10.2.1 试验目的与原理 154

10.2.2 试验结果分析 155

10.3 直线滚动导轨结合部动力学参数识别 157

10.3.1 导轨结合部动力学参数辨识原理 157

10.3.2 识别流程 158

10.3.3 直线滚动导轨频响函数矩阵测试 159

10.3.4 导轨结合部动力学参数辨识 159

10.4 本章小结 161

参考文献 161

11 直线滚动导轨副静力学建模与分析方法 163

11.1 概述 163

11.2 直线滚动导轨副静力学解析建模 164

11.2.1 单个滚珠-沟槽接触解析建模 164

11.2.2 直线滚动导轨副解析建模 165

11.2.3 解析模型的修正 167

11.3 直线滚动导轨副静力学有限元建模 168

11.3.1 单个滚珠-沟槽有限元建模 169

11.3.2 整体导轨系统有限元静力学分析 171

11.3.3 组件有限元模型 172

11.4 预紧力及静载荷对直线滚动导轨副静力学特性的影响 173

11.4.1 基于修正解析模型的分析 173

11.4.2 基于组件有限元模型的分析 175

11.5 几何参数对直线滚动导轨副静力学特性的影响 178

11.6 本章小结 180

参考文献 181

12 直线滚动导轨副动力学建模与分析方法 182

12.1 概述 182

12.2 直线滚动导轨副动力学解析建模 183

12.2.1 无阻尼直线滚动导轨副动力学建模 183

12.2.2 有阻尼直线滚动导轨副动力学建模 186

12.3 基于解析模型的直线滚动导轨副动力学特性分析 187

12.3.1 直线滚动导轨副固有频率及振型 187

12.3.2 直线滚动导轨副频响函数分析 188

12.3.3 直线滚动导轨副动力学时域响应分析 189

12.4 直线滚动导轨副动力学有限元建模 190

12.5 直线滚动导轨副固有特性研究 191

12.5.1 预紧力及静载荷对直线滚动导轨副固有特性的影响分析 191

12.5.2 几何参数对直线滚动导轨副固有特性的影响分析 194

12.5.3 基于有限元法的直线滚动导轨副固有特性分析 198

12.6 直线滚动导轨副动力学响应研究 201

12.6.1 基于解析模型的动力学响应分析 201

12.6.2 基于有限元模型的动力学响应分析 203

12.7 本章小结 204

参考文献 204

附录A Kn求解过程 206

附录B 频响函数表达式 207

附录C 相关公式 208