一种分段式重载横梁缩比模型设计方法技术
【技术实现步骤摘要】
一种分段式重载横梁缩比模型设计方法
本专利技术涉及机床动力学研究中的缩比模型设计领域，尤其涉及一种分段式重载横梁缩比模型设计方法。
技术介绍
重载横梁是重型数控机床最关键的基础结构件，具有超长、超重和组合结构的特点。此类横梁通过分段铸造后，由高强度螺栓连接而成，自重可达数百吨，横梁上悬挂有滑枕、溜板以及摆角铣头等功能部件，其重量近百吨。工作时，横梁受到结合部、切削力、各种振动以及长时间负荷的影响，整体结构会逐渐产生弯曲和扭曲变形，当这一现象超出允许变形范围时，将引起横梁精度失效，从而导致整机精度衰退。针对某重型数控机床的重载横梁设计缩比模型，并基于该模型开展结合部参数辨识与相关试验研究，通过与实际模型固有频率和模态振型的比较，验证所建模型的正确性，从而避免了试验条件、场所以及资金的限制，为研究重载横梁的动态特性研究和优化设计提供重要理论依据；然而现有技术中并没有成熟的针对重载横梁缩比模型的设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分段式重载横梁缩比模型设计方法，以解决上述技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种分段式重载横梁缩比模型的设...
【技术保护点】
一种分段式重载横梁缩比模型的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定重载横梁缩比模型的尺寸、材料属性参数，即缩比模型满足几何相似性、物理条件相似性和边界条件相似性；步骤二、在步骤一的基础上，进一步确定缩比模型同时满足运动学和动力学相似性条件；根据五个相似性条件设计并制作重载横梁缩比模型；步骤三、同时满足五个相似性条件后，采用优化方法对重载横梁栓接结合部刚度进行辨识求解，利用有限元耦合技术获取整体横梁的频响函数；步骤四、搭建模态测试试验平台，进行试验获取重载横梁缩比模型的频响函数，并与步骤三理论分析所得的频响函数比较；误差如果小于或等于阈值，则设计结束；如果误差大于阈...
【技术特征摘要】
1.一种分段式重载横梁缩比模型的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定重载横梁缩比模型的尺寸、材料属性参数，即缩比模型满足几何相似性、物理条件相似性和边界条件相似性；步骤二、在步骤一的基础上，进一步确定缩比模型同时满足运动学和动力学相似性条件；根据五个相似性条件设计并制作重载横梁缩比模型；步骤三、同时满足五个相似性条件后，采用优化方法对重载横梁栓接结合部刚度进行辨识求解，利用有限元耦合技术获取整体横梁的频响函数；步骤四、搭建模态测试试验平台，进行试验获取重载横梁缩比模型的频响函数，并与步骤三理论分析所得的频响函数比较；误差如果小于或等于阈值，则设计结束；如果误差大于阈值，则返回步骤一重新修正五个相似性条件。2.根据权利要求1所述的一种分段式重载横梁缩比模型的设计方法，其特征在于，所述几何相似性是根据几何相似性原理，要求缩比模型和实际模型特征尺寸满足lp/lm＝λ(1)式中，下标p和m分别代表原始模型和缩比模型；l表示模型几何尺寸；λ表示比例常数。3.根据权利要求1所述的一种分段式重载横梁缩比模型的设计方法，其特征在于，所述物理条件相似性是指缩比模型与实际模型的物理力学特性和由载荷激励引起的变形必须保持相似；在弹性范围内，弹性模量E、剪切模量G、泊松比υ、黏滞系数γ和阻尼系数ζ必须符合相似条件；根据式(1)，缩比模型和实际模型的变形量d之间满足dp/dm＝λ(2)根据动力学方程，缩比模型与实际模型的阻尼比关系为式中，ζ、m、k、c分别表示结构的阻尼比、质量、刚度和阻尼参数；r表示模态分析时的阶次。4.根据权利要求1所述的一种分段式重载横梁缩比模型的设计方法，其特征在于，所述边界条件是指结构表面承受外激励、载荷的作用顺序、约束条件和初始条件；缩比模型和实际模型采用同一材料制成，根据得式中，F表示模型所受的外界力。5.根据权利要求1所述的一种分段式重载横梁缩比模型的设计方法，其特征在于，所述运动学相似性是指速度相似性和加速度的相似性；根据得式中，v和ω分别表示横梁的运动速度和频率；根据得式中，a表示横梁的运动加速度。6.根据权利要求1所述的一种分段式重载横梁缩比模型的设计方法，其特征在于，所述动力学相似性是指模态振型、模态频...
【专利技术属性】
技术研发人员：李玲，蔡安江，阮晓光，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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