钻床试验模态分析

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1、钻床试验模态分析实验报告张琦刘帅项阳摘要：为对钻床进行试验模态分析，本实验采用锤击法采集数据并利用DASP软件进行分析获得钻床振动的各阶频率、阻尼比和振型，然后通过对钻床各阶模态振型的观察，找到钻床结构的薄弱环节，并对其进行优化设计。关键词：钻床模态分析各阶振型优化设计引言：众所周知钻床工作吋会产牛振动，振动不仅会影响钻床的动态精度和被加工零件的质量，而且还会降低生产效率和刀具的耐用度，振动剧烈时甚至会降低钻床的使用性能，伴随振动所发出的噪音会影响钻床工人的健康。随着我国钻床工业的飞速发展，钻床的振动问题也越来越引起人们的重视，如何找到钻床振动的薄弱环节并进行改进尤为重

2、要。1.钻床模态分析方法1.1模态测试与分析系统流程图1本次试验采用多点敲击，单点测量的锤击法，这种测试方法的力频谱较宽,速度快，测试设备简单，灵活性大，特别适合于现场实验。具体操作是：在被测构件上布置一些点，在这些点上依次施加激振力（每点激振3次），测量固定测点的响应，激励信号和响应信号分别经过放大器放大后，通过测振仪输入数据处理和分析系统进行分析处理，得到反映该两点间激振力和响应的传递函数，进一步进行参数识别得到钻床振动的各阶频率、阻尼比和振型。1.2模态分析原理模态分析方法是把复杂的实际结构简化成模态模型，來进行系统的参数识别。从而大大地简化了系统的数学运算。通过

3、实验测得实际响应来给出响应的模型，使其成为实际结构的最佳描述。将一个连续体离散化处理，其结构特性可由N阶矩阵微分方程描述：加+CF+K尢=/(t)于⑴为N维激振力向量；x>x>x分别为N维位移、速度和加速度响应向量；M、K、C分别为结构的质量、刚度和阻尼矩阵，为对称矩阵。设系统的初始状态为零，拉氏变换可得：「Ms2+C$+k]x($)=F(s)阻抗:Z(s)=_Ms2+Cs+K]导纳:H(s)=Z(h=[M/+Cs+K『可得:X(s)=H(s)F(s)令s=je,得到：X(co)=H(co)F(co)在频域中，Z(g)=K-(/M+JgC,利用实对称矩阵的加权正交性(

4、0为振型矩阵)处0=■■■mr■0厂K0=■•■•化0=■•■•■■■MBMM■••■代入Z(0表达式可得:因此H(e)=Z(e)T=00眾=矶如爲「衬一贈2如]衬遵汗唸为了确定全部模态参数必札,只需测量频响矩阵的一列(对应一点激振，各点测量)或一•行(对应依次各点激振，一点测量)就可以，木实验采取后者。1.3实验步骤2・3・：L测试对象和测点的布置图2图3本次测试对象是钻床上半部主体框架部分（图2）。由于主体框架类似于矩形，激振点布置可先将主体框架分为矩形四边，每边八等分，一边上有9点，总共32个点，将其依次编号，此时激振点大致均匀地覆盖了整个框架，将13作为测量点，

5、加速度传感器放在13点（图3）。建立几何模型时也按此建模。1.3.2仪器的连接压电加速度传感器11qDASPV6.53分析软件图41.3.3数据处理利用锤击法采集到数据后按如下流程（图4）进行数据处理，最终得到所要的钻床振动的各阶频率、阻尼比和振型。图52•模态试验分析结果2.1钻床振动各阶频率、阻尼比表格（图5）阶数频率（Hz）阻尼（%）124.3051.013245.5722.00036&0171.713490.5431.2325113.0641.1596136.2960.3287159.2960.3528182.4210.0969204.3201.26310226

6、.4300.1932.2钻床振动各阶振型图图7（1阶振型图）图8（2阶振型图）图9（3阶振型图）图10（4阶振型图）图13（7阶振型图）图14（8阶振型图）一二—————3.薄弱环节分析和优化减振设计通过观察分析钻床的10阶振型图，可以看出：①从1阶到10阶,无论低频还是高频条件-F,主框架上边中心处附近（点12~15）振动得较为剧烈，表明此处附近的抗弯刚度明显不足。②在低频范围内（1~2阶），框架的左右两边的下半部分（点2~4、点22-24）有较为明显振动，同吋右上端也有振动；频率增加后（3~5阶），左右边振动逐渐消失，底边产生振动；随着频率继续增加（6~7阶），框架

7、左边乂出现振动；最后频率到8T0阶后，底部振动消失。③振动主要集中在中低阶频率（0-160HZ）,分布在框架的左右两边下半部分、底部（3~7阶）、框架上边中心处。改进意见：①在框架的上边中心处振动会直接影响到下部钻头的加工精度，因此必须抑制其振动，可通过材料的增强、结构减振设计或施加减振装置实现，这些措施对于框架左右边的减振控制亦可。②框架底部由于其本身约束较多，减振较难实现，11其振动频率范围不是很广,因此可通过调节系统的固有频率，避免共振现象发牛。4.结论通过试验模态分析获得了钻床的模态参数，为下一步研究该钻床动态特性的影响捉供了数据