机床整机动刚度薄弱环节辨识与优化方法研究

提出一种机床整机动态分析指导薄弱部件改进的优化思路,即通过对机床整机的动刚度进行分析,辨识出不同激振频率下整机中的薄弱环节,明确优化目标,提高优化效率。利用ANSYS Workbench软件对一种卧式加工中心进行谐响应分析和模态分析,辨识出立柱是整机x向和z向动刚度的最薄弱环节。以立柱结构为优化对象,运用灵敏度分析法计算出立柱质量和固有频率对各个壁板的灵敏度。以立柱固有频率为优化目标,立柱质量为约束条件,建立优化方程。利用Matlab软件求解该方程,得到立柱的优化结果。通过谐响应分析得到优化后机床整机的动刚度,结果表明,优化后立柱在质量不增加的情况下,整机在x向和z向的最大共振峰值降低约6.5%,相应的共振频率提高约10%。     

不同高度安装架对整机刚度的影响分析

主要分析不同高度安装架对整机刚度的影响,通过Workbench仿真软件分别对底座高度为3 mm的安装架和底座高度为75 mm的安装架进行仿真对比,分析其对整机刚度的影响。结果显示,随着安装架底座的增高,整机在X方向(上下方向)和Y方向(左右方向)上刚度提高;在Z方向(前后方向)上,整机刚度会减弱。所述的研究内容,为不同振动环境中安装架的设计提供了经验和思路。     

柔性石墨纸轧制装置动态特性仿真分析

针对传动装置改进后的柔性石墨纸轧制装置,利用ANSYS Workbench软件建立了柔性石墨纸轧制装置辊子的有限元模型,考虑轴承支承刚度在一定范围内变化时,研究轴承支承刚度与辊子固有频率的变化规律,得出辊子的一阶、二阶、三阶等固有频率的范围。在此基础上,利用RecurDyn建立了柔性石墨纸轧制装置的多体动力学系统模型,得出从动辊子所受力矩的时域、频域波形;将频率成分与辊子的固有频率进行对比:最高频的齿轮啮合2倍频率与二阶、三阶固有频率有27%以上裕度,柔性石墨纸轧制装置可以平稳运行。最后,通过实测的柔性石墨纸厚度数据验证了装置的平稳运行。     

基于正交试验的机床结合部动刚度优化配置

机床中结合部分布众多且不同接触条件下其动刚度值不同,优化分析时很难研究每个动刚度值对机床动态性能的影响。针对此类问题,提出一种基于正交试验的机床结合部动刚度优化配置方法。该方法通过模态柔度与弹性能分布理论判定机床的薄弱模态和薄弱结合部,建立以薄弱结合部的动刚度为设计变量,各阶薄弱模态的最小模态柔度为目标的多目标优化模型。为提高优化效率,采用正交试验方法规划试验方案,并在试验结果分析中引入相似优先比法对结合部动刚度进行协同优化配置。以某型立式加工中心为例,采用优化配置方法确定其结合部动刚度的最优配置方案。仿真结果显示该方案下薄弱模态的模态柔度明显降低,整机动态性能提高,验证了该方法的可行性。     

风洞试验中飞行器模型支撑机构的刚度优化

提出了一种对应用于风洞试验的飞行器模型支撑机构进行刚度优化的方法,对飞行器模型支撑机构施加一个不同频率的激振力,通过模态和谐响应分析得到机构刚度最薄弱的环节。应用这一刚度优化方法,以飞行器模型支撑机构中的主支板为优化对象,通过灵敏度分析法得出主支板质量和固有频率对主支板根部尺寸的灵敏度,建立优化方程,基于MATLAB软件求解得到主支板的优化结果。主支板刚度优化后,减小了飞行器模型支撑机构整体在Y方向和Z方向的最大共振峰值,所对应的共振频率相应提高。     

三轴重叠立式加工中心结构优化研究

依据某款立式加工中心三轴重叠的新型结构配置所面临的整机动、静态刚度需提高等问题,建立考虑滚动导轨接合特性的整机有限元模型,并对加工中心进行动、静态分析。在保证机床强度和不改变加工中心轮廓的前提下,基于筋板结构元的尺寸参数对加工中心动、静刚度的相关性和灵敏度进行分析,选取对整机刚度性能影响较大的尺寸进行优化,得出最优尺寸方案。该优化方法较合理的处理了导轨接合面的非线性特征,提高了整机动静态刚度的计算精度,采用该方法优化后,整机质量仅增加了0.2%,静刚度提升了19.3%,1阶模态的固有频率增加了11.6%,以及其振动幅值减小77.01mm,为数控机床支撑件在结构优化设计阶段提供了一种新的参考方法。     

基于低温潜液泵动态特性的结构优化设计研究

低温潜液泵通过自身重力置于泵井内,泵体的动态特性对整机振动与可靠性有很大影响。针对泵体的动态特性开展结构优化设计,通过CAD/CAE联合仿真优化平台,以泵体11个结构参数为变量,建立完整的参数化几何模型,模拟实际工况进行谐响应分析,得出泵体的共振频率及幅值等动态特性;以泵体一阶共振频率为优化目标,保持泵体的质量不变,采用优化设计工具进行灵敏度分析,得出泵体结构参数与频率和质量的灵敏度函数;运用MATLAB软件对泵体灵敏度函数进行多参数优化计算,通过仿真软件对优化的结果进行验证。结果表明,结构优化后泵体最大共振点的频率提高了14%,共振频率远离外部激励频率的裕度得到提高,泵体动态特性得到有效提升。     

基于模态预测及敏度分析的机床动特性设计方法

为了提高机床的动态性能,以机床整机固有频率和频响函数振幅为目标,提出基于机床测试数据、进行试验模态分析及灵敏度计算的机床动态特性设计方法。方法首先提取机床测试数据建立机床结构原型模型,逐步计算机床大件结构和整机的固有频率对刚度、质量的灵敏度,确定结构薄弱环节;继而,对薄弱结构,采用模态预测和灵敏度分析方法设计计算,获取更合理的质量和刚度;之后,将设计分析结果输入LMS_Test.lab软件,借助软件完成对原型结构的模态修改,对修改后结构的动力学特性进行模态预测;最后,进行预测结果模态置信验证,确认模态预测的正确性,完整机床动态特性设计方法体系。将该方法应用于实际机床设计中,对比整机优化前后的频响函数曲线和仿真分析验证均证明,基于模态预测及灵敏度分析的机床动态特性设计方法完成的机床优化设计使得机床固有频率得到提高的同时振幅下降,机床的大件结构及整机的动态性能均有提升。     

基于灵敏度分析的立式加工中心工作台结构参数多目标优化研究

加工中心的动力稳定性与其组成部件的尺寸结构联系紧密,合理的尺寸结构能获得优良的抗振性能。采用整机实验模态测试法辨识出加工中心工作台为机床的主要薄弱环节,在此基础上采用UG和Workbench软件对工作台不同T型槽尺寸参数进行静力学和模态分析,并结合灵敏度分析确定灵敏参数,最终以灵敏参数为设计变量,以工作台前三阶固有频率的加权平均值、质量和刚度为优化目标,建立工作台多目标函数优化模型,利用MATLAB得到最优解。优化后,工作台X、Y、Z三个方向的刚度分别提高了6. 71%、11. 49%、10. 33%,前三阶固有频率分别提高了0. 95%、0. 21%、0. 35%,质量下降了0. 33%。     

基于能量分布的机床整机动态特性优化方法

基于机床结构中的能量分布,在准确建立立式加工中心整机有限元模型的基础上提出一种整机动态性能优化方法。采用弹簧阻尼系统等效结合部的接触特性,基于辨识的结合部等效刚度和阻尼值在Ansys中建立了立式加工中心整机有限元模型,对整机进行模态分析和谐响应分析。通过整机模态试验验证了该有限元模型的准确性,并根据有限元分析与试验结果确定整机的薄弱模态。计算薄弱模态下整机、结合部的弹性能以及结合部在整机中的弹性能分布率,以分布率较高的结合部作为薄弱结合部。基于薄弱结合部的等效接触刚度提出优化方案,优化后薄弱结合部的弹性能分布率明显降低,主轴轴端的动态响应幅值降低,从而使整机动态性能得到改善,验证了该优化方法的可行性。     

Natural frequencies of vibration of a class of solids composed of layers of isotropic materials

In a recent paper, the Ritz method with simple algebraic polynomials as trial functions was used to obtain an eigenvalue equation for the free vibration of a class of homogeneous solids with cavities. The method presented is here extended to the study of a class of non-homogeneous solids, in which each solid is composed of a number of isotropic layers with different material properties. The Cartesian coordinate system is used to describe the geometry of the solid which is modelled by means of a segment bounded by the yz, zx and xy orthogonal coordinate planes and by two curved surfaces which are defined by fairly general polynomial expressions in the coordinates x, y and z. The surface representing the interface between two material layers in the solid is also described by a polynomial expression in the coordinates x, y and z. In order to demonstrate the accuracy of the approach, natural frequencies are given for both a two- and three-layered spherical shell and for a homogeneous hollow cylinder, as computed using the present approach, and are compared with those obtained using an exact solution. Results are then given for a number of two- and three-layered cylinders and, to demonstrate the versatility of the approach, natural frequencies are given for a five-layered cantilevered beam with a central circular hole as well as for a number of composite solids of more general shape.     

叶切面最大厚度数值计算与应用

以叶切面最大厚度的数值计算方法为基础,探讨叶切面最大厚度计算的计算机实现,介绍叶切面厚度数值计算法的应用实例.     

膨胀套导向机构的设计

通过分析膨胀套在实际使用产生滑移受阻现象、卡死现象原因的实质,并在分析产生问题原因的基础上提出了改进措施即：增加导向机构。     

双丝杠驱动机构同步分析

介绍了双丝杠驱动机构工作原理,论述了双丝杠运动产生不同步的原因以及如何判定与解决同步问题。     

磨粉机快辊轴承座加工工艺设计

设计了磨粉机快辊轴承座的加工工艺和具体的工装夹具.利用卧式加工中心加工磨粉机快辊轴承座,辅以能够高效快速夹紧的夹具,既可以保证加工精度,又能够提高加工效率.     

一种涡旋压缩机径向随变机构的设计

详细介绍了运用随变原理设计的一种新型径向密封机构的结构特点,工作原理及主要参数的确定方法,该机构可补偿由于涡旋体加工精度不高而造成的功率损失,适用于涡旋压缩机的批量生产。     

Specific features of operation of electrostatic microgenerators of energy

Specific features of operation of one- and two-capacitor microelectromechanical converters (MEMC) of energy of mechanical microscopic vibrations into electric energy with a modulated electrode-gap magnitude and with allowance for the mutual influence of electrical and elastic forces are analyzed, and the characteristics of these two devices are compared. The main factors restricting the increase in MEMC power are demonstrated to be the effects of “collapsing” and the condition of conservation of positive rigidity of the system. Expressions for estimating the limiting MEMC parameters are derived. The possibility of electrical energy generation in the presence of “real“ sources of wide-spectrum microscopic vibrations is considered.     

我校工业设计教育改革初探

针对目前市场对工业设计人才的需求,本文论述了我校在工业设计教育方面的改革措施,着重介绍了我校工业设计教育在软件和硬件方面所进行的一系列的改革。     

两种仪表功能合理性评述

本文以某些积算和双笔记录仪产品为例说明由于仪表功能设计的不合理或选型不当，影响了仪表的正常使用，制造厂和用户应关注这类问题。     

某型号飞机起落架支柱减振筒内壁腐蚀原因分析

飞机起落架减振支柱在飞机起落和滑跑时,吸收撞击能量,对飞机安全起降的意义重大.减振筒是减振支柱中的重要部件,本文从工艺流程、理化分析、外场使用和腐蚀机理分析等方面,对减振支柱减振筒内壁的腐蚀原因及危害进行了综合分析,并提出了相应措施.