专利名称：固定结合面单位面积动态特性识别实验装置及其识别方法
技术领域：
本发明涉及一种实验装置，特别是一种在不同的材料、表面粗糙度、含油介质及预 加载荷状态下的固定结合面单位面积动态特性参数识别实验装置及其识别方法，属于机械 结构开发中的产品主结构优化设计技术领域。
背景技术：
机床主结构系统的静动态品质成为了产品性能提高的关键因素。据统计，机床上 出现振动问题有60%以上是源自结合面，阻尼值90%以上来自于结合部的阻尼。对结合面 的静动态特性的研究成为了高速、高精密、高效机床研究的重要课题。固定结合面是机床中 基础的结合面形式，其中有机床箱体与床身的连接、机架与机座的连接、主轴与刀柄的锥面 的连接等。而组成结合面的动态特性具有非线性、多因素相关、依附机械系统等特点，因此 将结合面从其中分离出来就成了结合面研究的难题。而实验模态分析随着以双通道跟踪滤 波技术为基础的“机械阻抗测试仪”和以数字相关技术为基础的“频率特性分析仪”，“数据 采集卡”的发展而日趋成熟和完善。提供通用性的固定结合面参数单位面积的法向刚度与阻尼和单位面积的切向刚 度与阻尼。本实验系统的研究，为机床的整机有限元分析与优化设计提供了重要的结合面 基础参数。同时也可以模拟机床结合面的实际接触状况，为本机床系统提供准确的结合面 动态特性参数，作为检测优化机床结构的重要参数数据。

发明内容
本发明的目的是提供一种固定结合面单位面积动态特性识别实验装置及其识别 方法，为机床结构的有限元分析、无样机快速优化提供所需的重要结合面参数数据。本发明 采用以下技术手段实现一种固定结合面单位面积动态特性识别实验装置，其特征在于包括基座、实验底 块、实验垫片、实验连接块、驱动执行模块五部分，所述实验装置整体采用对称式结构同时 进行实验，以基座的中心面为中心左右对称，所述基座的两端为对称式结构，与实验平台通 过螺栓连接，两端对称式结构可同时进行结合面动态实验；所述实验底块、所述实验连接块 的实验材料以及粗糙度一致，为实验装置中的可换件，实验材料、粗糙度、预压力以及含油 介质构成多种实验组合；实验底块安装位置孔的位置根据基座定位孔的位置布置，通过沉 头螺钉与基座连接；实验连接块为两翼设计，以保证作用重心在四个实验垫片的几何中心 处，实验连接块通过螺柱螺母与实验底块连接；所述实验垫片上下表面积分别与实验连接 块和实验底块完全接触，一种实验组合类型需要四块，均勻布置在实验底块上；所述的驱动 执行模块，包括激振器、阻抗头、试验连接块，激振器通过激振杆与阻抗头连接，阻抗头则粘 贴或吸贴在实验连接块的法向中心线的表面处或与实验垫片的重心水平的连接板侧面处， 由激振器产生的激振力作用于实验连接块上；所述的实验装置还设有动态信号处理模块， 动态信号处理模块包括加速度传感器、电荷放大器、功率放大器、数据采集器、微机；阻抗头粘结或吸附在试验连接块上，加速度传感器粘结或吸附在实验底块上或者布置在基座上， 加速度传感器信号经过电荷放大器和功率放大器调理，送数据采集器和微机进行处理。前述的固定结合面单位面积动态特性参数识别实验装置的实验垫片的加工精度 高，采用精铣加工，相对面积要尽量小，实验垫片的厚度为2mm，面积为1cm2。上述固定结合面单位面积动态特性识别实验装置的识别方法如下步骤一将实验装置实验底块、实验连接块与四块实验垫片构成的结合面等效为 8个弹簧，8个阻尼器的理论模型，将该实验装置等效为等效质量礼，等效刚度&，等效阻尼 为C；的单自由度系统，其正弦激励的等效单自由度系统的频响函数扎(w)如式①、式②所示
权利要求
1.固定结合面单位面积动态特性识别实验装置，其特征在于包括基座G)、实验底块 (3)、实验垫片O)、实验连接块(1)、驱动执行模块五部分，所述实验装置整体采用对称式 结构同时进行实验，以基座(4)的中心面为中心左右对称，所述基座(4)的两端为对称式结 构，与实验平台通过螺栓连接，两端对称式结构可同时进行结合面动态实验；所述实验底块 (3)、所述实验连接块(1)的实验材料以及粗糙度一致，为实验装置中的可换件，实验材料、 粗糙度、预压力以及含油介质构成多种实验组合；实验底块(3)安装位置孔的位置根据基 座(4)定位孔的位置布置，通过沉头螺钉与基座(4)连接；实验连接块(1)为两翼设计，以 保证作用重心在四个实验垫片O)的几何中心处，实验连接块(1)通过螺柱螺母与实验底 块(3)连接；所述实验垫片(2)上下表面积分别与实验连接块(1)和实验底块(3)完全接 触，一种实验组合类型需要四块，均勻布置在实验底块(3)上；所述的驱动执行模块，包括 激振器(A)、阻抗头(5)、试验连接块(1)，激振器(A)通过激振杆与阻抗头(5)连接，阻抗头 (5)则粘贴或吸贴在实验连接块(1)的法向中心线的表面处或与实验垫片(2)的重心水平 的连接板侧面处，由激振器(A)产生的激振力作用于实验连接块(1)上；所述的实验装置还 设有动态信号处理模块，动态信号处理模块包括加速度传感器(6)、电荷放大器(Bi)、功率 放大器(B2)、数据采集器(C)、微机(D)；阻抗头( 粘结或吸附在试验连接块(1)上，加速 度传感器(6)粘结或吸附在实验底块(3)上或者布置在基座(4)上，加速度传感器(6)信 号经过电荷放大器(Bi)和功率放大器(B》调理，送数据采集器(C)和微机(D)进行处理。
2.根据权利要求1所述的固定结合面单位面积动态特性识别实验装置，其特征在于 实验垫片(2)采用精铣加工，厚度为2mm，面积为1cm2。
3.—种如权利要求1所述固定结合面单位面积动态特性识别实验装置的识别方法，其 特征在于步骤如下步骤一将实验装置实验底块(3)、实验连接块(1)与四块实验垫片(2)构成的结合面 等效为8个弹簧，8个阻尼器的理论模型，将该实验装置等效为等效质量Me，等效刚度&，等 效阻尼为C；的单自由度系统，其正弦激励的等效单自由度系统的频响函数扎(w)如式①、式 ②所示
全文摘要
本发明涉及固定结合面单位面积动态特性识别实验装置及其识别方法，属于数控机床开发中的产品主结构优化设计技术领域。该固定结合面单位面积动态特性识别实验装置包括基座(4)、实验底块(3)、实验垫片(2)、实验连接块(1)、驱动执行模块等，采用两端分别实验的结构形式，实现了小面积完全接触的实验平台，完成了单位面积结合面通用化动态特性参数的识别。本发明的实验装置及其识别方法提供了整机主结构优化需要的基础理论数据，实现了无样机结构的动态解析及其优化设计，对于加工精度、产品性能的提高具有积极的现实意义。
文档编号G01M7/02GK102052999SQ20101053724
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者伍良生, 晁慧泉, 李旭东, 翟少剑, 马建峰 申请人:北京工业大学