机床动态特性研究的方法
1.2.3机床动态特性研究的方法
机床结构动态特性的研究方法大体可以分为理论研究方法、试验研究方法和
理论与试验相结合的研究方法[8]。理论研究方法是按照设计图纸，建立机床结构
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的动力学模型，根据这个模型进行分析、综合和计算，边分析边改进设计，逐步 达到预先给定的设计要求；试验研究方法是对机床的具体结构进行动态测试，根 据测试数据进行动力分析，找出限制机床动态性能提高的薄弱环节为改进设计提 供依据；两种相结合的方法是以测试数据为基础，建立机床结构的力学模型，再 根据这个力学模型进行动力分析和动力设计，这样做可以预测改进设计的效果， 有效地达到改进设计的目的。下面就这三种方法做简单介绍。
随着现代科学技术的发展和工艺水平的提高，机床产品和设备不断向高速、 高效、精密、轻量化和自动化方向发展，对机床的要求越来越高。这些性能要求 与机床的动态特性有着十分密切的关系，改善机床动态特性，可以提高机床的抗 振性能、加工精度和效率、延长使用寿命、增加可靠性和减少机床的机械噪声。
目前，对机械结构动态性能的研究主要有三种基本方法，即有限元理论建模 及分析方法、试验建模及分析方法、二者相结合的方法。
有限元理论建模及分析方法是基于结构动力学原理，根据结构的设计方案、 图样、经验知识和资料等建立起能模拟机械结构动态特性的有限元动力学模型， 而无需依赖己有的机械设备。通过对该动力学模型的分析计算，即可获得该机械 结构各种模拟的动态特性。这不仅可以检验其动态特性是否满足设计目标、是否 需要对结构进行修改，还可通过对理论模型的计算机仿真，预估结构设计及其改 进后的动力特性或对其进行动态优化设计，从而可对多种设计方案反复进行分析 比较、修改，使其动态特性逼近设计目标函数的要求。
试验建模及分析方法是通过对己有机床或其模拟试验装置进行动态试验以得 到激励和响应信息，并根据所得信息识别振动结构模型参数的规律和方法。对大 多数问题，输入、系统和输出三者之间有着确定性的关系，只有少数非线性问题， 这种确定性关系才不存在。因此人们以一定假设为前提，以一定理论为基础，以 动态试验及其所得信息的分析理论为手段，研究得到系统辨识的多种方法，从而 可建立试验所得的动力学模型，对其进行分析求解，即可求得其动态特性。这就 形成了试验模态分析的理论和方法。该方法是对现有机床（或其试验装置)进行动 态试验建模，因而避免了结构、各结合部连接条件及其等效动力学参数、阻尼假 设、各种边界条件的近似及简化，以及近似计算等带来的误差，故所得试验模型 与现有机床的实际工况有较高的精度吻合，对其动态特性的模拟精度较高，这也 是该方法的优点。
事实上这两种方法并无严格的界定，模态分析是研究结构动力特性的一种近 代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用[9]。模态是机械结构的固有振 动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可 以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分 析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验 将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。 有限元模态分析方法在当今迅速发展，其分析软件种类繁多，对于解决单一机床 零部件的动力分析己达到一定的精度可用于单一零部件的动力优化设计，但对于 机床整机复杂的结合体、运动体等进行cae理论模态分析，难于解决机床整机结 构动力优化设计，特别是对各结合面的刚度、阻尼分布难于建立与实际相一致的 数学模型和物理模型。在实际分析中试验模态分析法能及时的对动力学模型进行 结果检验并补充修正，能比较真实的反应实际情况，故通常都会采用试验模态进 行动态特性分析。 *
理论与试验相结合的方法把机械结构有限元理论模态分析的正过程和试验模 态分析的逆过程有机地结合起来，并根据实际需要交替反复应用，从而实现了机 械结构的动力修改至动态优化设计的全过程，以求得系统的数学模型及其 优的动态特性模态分析，称为理论——试验模态分析。该方法进一步扩大了前两 种方法工程应用的范围并显著提高其工程应用的效果，己成为目前的发展方向。
本文采摘自“vmc1060型立式加工中心试验模态分析”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！
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的动力学模型，根据这个模型进行分析、综合和计算，边分析边改进设计，逐步 达到预先给定的设计要求；试验研究方法是对机床的具体结构进行动态测试，根 据测试数据进行动力分析，找出限制机床动态性能提高的薄弱环节为改进设计提 供依据；两种相结合的方法是以测试数据为基础，建立机床结构的力学模型，再 根据这个力学模型进行动力分析和动力设计，这样做可以预测改进设计的效果， 有效地达到改进设计的目的。下面就这三种方法做简单介绍。
随着现代科学技术的发展和工艺水平的提高，机床产品和设备不断向高速、 高效、精密、轻量化和自动化方向发展，对机床的要求越来越高。这些性能要求 与机床的动态特性有着十分密切的关系，改善机床动态特性，可以提高机床的抗 振性能、加工精度和效率、延长使用寿命、增加可靠性和减少机床的机械噪声。
目前，对机械结构动态性能的研究主要有三种基本方法，即有限元理论建模 及分析方法、试验建模及分析方法、二者相结合的方法。
有限元理论建模及分析方法是基于结构动力学原理，根据结构的设计方案、 图样、经验知识和资料等建立起能模拟机械结构动态特性的有限元动力学模型， 而无需依赖己有的机械设备。通过对该动力学模型的分析计算，即可获得该机械 结构各种模拟的动态特性。这不仅可以检验其动态特性是否满足设计目标、是否 需要对结构进行修改，还可通过对理论模型的计算机仿真，预估结构设计及其改 进后的动力特性或对其进行动态优化设计，从而可对多种设计方案反复进行分析 比较、修改，使其动态特性逼近设计目标函数的要求。
试验建模及分析方法是通过对己有机床或其模拟试验装置进行动态试验以得 到激励和响应信息，并根据所得信息识别振动结构模型参数的规律和方法。对大 多数问题，输入、系统和输出三者之间有着确定性的关系，只有少数非线性问题， 这种确定性关系才不存在。因此人们以一定假设为前提，以一定理论为基础，以 动态试验及其所得信息的分析理论为手段，研究得到系统辨识的多种方法，从而 可建立试验所得的动力学模型，对其进行分析求解，即可求得其动态特性。这就 形成了试验模态分析的理论和方法。该方法是对现有机床（或其试验装置)进行动 态试验建模，因而避免了结构、各结合部连接条件及其等效动力学参数、阻尼假 设、各种边界条件的近似及简化，以及近似计算等带来的误差，故所得试验模型 与现有机床的实际工况有较高的精度吻合，对其动态特性的模拟精度较高，这也 是该方法的优点。
事实上这两种方法并无严格的界定，模态分析是研究结构动力特性的一种近 代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用[9]。模态是机械结构的固有振 动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可 以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分 析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验 将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。 有限元模态分析方法在当今迅速发展，其分析软件种类繁多，对于解决单一机床 零部件的动力分析己达到一定的精度可用于单一零部件的动力优化设计，但对于 机床整机复杂的结合体、运动体等进行cae理论模态分析，难于解决机床整机结 构动力优化设计，特别是对各结合面的刚度、阻尼分布难于建立与实际相一致的 数学模型和物理模型。在实际分析中试验模态分析法能及时的对动力学模型进行 结果检验并补充修正，能比较真实的反应实际情况，故通常都会采用试验模态进 行动态特性分析。 *
理论与试验相结合的方法把机械结构有限元理论模态分析的正过程和试验模 态分析的逆过程有机地结合起来，并根据实际需要交替反复应用，从而实现了机 械结构的动力修改至动态优化设计的全过程，以求得系统的数学模型及其 优的动态特性模态分析，称为理论——试验模态分析。该方法进一步扩大了前两 种方法工程应用的范围并显著提高其工程应用的效果，己成为目前的发展方向。
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