第2届上银优秀机械博士论文奖

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  •                   加工中心是重要的工业基础装备,其性能很大程【维普】 度上受到组成它的结构件和结合部特性的影响。对结构件和结合部进行建模、分析,是进一步提高加工中心性能的重要途径。本文研究了一种高速精密卧式加工中心MCH63的结构件和结合部,建立了元结构分析方法的理论模型,提出了基于元结构的灵敏度分析(Sensitivity analysis based on unit structure,SAUS)方法,建立了正交异性模型 提出了属性更换的模态分析(Modalanalysisbasedonproperty 【paperrater】replacement,MAPR)方法,从而实现了结构件、结合部的建模、分析和参数辨识。主要研究内容如下针对采用“井”字型筋板的机床结构件,基于元结构思想建立了元结构分析方法的理论模型,导出了元结构与整体结构固有频率的解析关系。元结构分析方法能够把整体结构的分析简化为元结构的分析,从而大幅度提高分析效率。仿真和实验结果表明,元结构分析方法所预测的结构固有频率与实际值的误差在10%以内,从而验证了元结构分析方法理论模型的正确性。研究了元结构分析方法的适用范围、误差影响因素和误差的传递。通过与传统分析方法的对比,证明了元结构分析方法的高效性。提出了SAUS方法,用于指导结构件固有频率的设计。SAUS方法能够综合元结构分析方灵敏度分析方法的优势,简化研究对象、确定设计参数和指导参数调整。基于SAUS方法对“箱中箱”结构做设计,验证了该方法的有效性。针对MCH63床身和立柱之间采用的接触面积大、受力情况复杂的定位胶结合部,建立了一种新的正交异性结合部模型。推导正交异性模型中工程弹性参数与系统性能的关系,得到了模型参数辨识的方法。提出了MAPR方法,用于计算考虑结构件柔性的组合结构中结合部的刚度。MAPR方法更换结构件和结合部属性做模态分析,得到结构件的刚度、质量(惯量)值;在此基础上利用模态实验的结果,计算出结合部的刚度。MAPR方法解决了机床模态实验中,由于结构件和结合部刚度基本为同一量级,导致结合部刚度难以辨识的问题。使用MAPR方法对定位胶和导轨滑块结合部刚度进行辨识,得到的仿真模型固有频率与实验结果的误差在1O%以内。本文提出的建模和分析方法,为高速精密卧式加工中心的设计提供了理论基础和方法支持。
 
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