主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103196643A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103196643103196643A(43)申请公布日2013.07.10(21)申请号201310068050.9(22)申请日2013.03.04(71)申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号(72)发明人刘雪梅李爱平张正旺罗建伟(74)专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002代理人吴林松(51)Int.Cl.G01M7/02(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图1页附图1页(54)发明名称主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法(57)摘要一种主轴-刀柄结合面动态特性参数识别方法，基于非参数化方法结合有限元分析技术识别主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数。具体的，首先建立主轴-刀柄系统的有限元分析模型，对该模型进行非线性瞬态响应分析，得到结合面处位移、速度、加速度的瞬态响应，再根据牛顿第二运动定律推导得出结合面处非线性接触力的时间历程数据，基于非参数化方法利用最小二乘法及切比雪夫多项式对样本数据进行回归分析，最终得到主轴-刀柄结合面之间径向和切向非线性接触力的解析表达模型。此非线性接触力模型可直接应用于主轴-HSK刀柄系统的动力学建模中，为进一步研究主轴-HSK刀柄系统的整体动态特性提供了必要条件。CN103196643ACN103964ACN103196643A权利要求书1/2页1.一种主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法，其特征在于：包括以下步骤，（1）建立主轴-刀柄的有限元分析模型；（2）检验主轴-刀柄有限元分析模型是否正确，若确认无误，转入步骤（4），若确认存在差异，转入步骤（3）；（3）修正所述主轴-刀柄有限元分析模型，并转入步骤（2）继续检测；（4）对检验后的主轴-刀柄系统有限元模型进行非线性瞬态响应分析处理，以获取主轴-刀柄结合面处的相对瞬态位移、相对瞬态速度以及径向非线性接触力、切向非线性接触力的历程数据的样本数据；（5）依据非线性振动系统中一般表达式，采用非参数化方法对所述样本数据进行回归分析，建立主轴-刀柄结合面非线性接触力的解析表达模型。2.根据权利要求1主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法，其特征在于：所述步骤（2）中，包括以下步骤，（a）对所述主轴-刀柄的有限元分析模型进行自由模态分析，计算有限元分析模型的固有频率；（b）将有限元分析模型的固有频率与自由模态实验得到主轴-刀柄系统的固有频率进行对比，如存在差异转入步骤（3）；若确认无误，转入步骤（4）。3.根据权利要求2主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法，其特征在于：所述步骤（b）中，采用弹性绳悬挂主轴-刀柄的实验模型，使用锤击法进行自由模态实验，以获取自由模态实验下的主轴-刀柄系统的固有频率。4.根据权利要求1主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法，其特征在于：步骤（3）中，通过调整有限元模型网格大小和结合面的摩擦系数参数修正所述有限元模型。5.根据权利要求1主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法，其特征在于：步骤（4）中，所述历程数据的取得包括以下步骤，（Ⅰ）对修正后的主轴-刀柄系统有限元模型进行非线性瞬态响应分析，得到主轴-刀柄结合面相对瞬态位移、相对瞬态速度及相对瞬态加速度的时间历程数据；（Ⅱ）结合相对瞬态加速度的历程数据分析主轴-刀柄简化非线性振动系统中刀柄的运动方程，以获得和的时间历程数据。6.根据权利要求5主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法，其特征在于：所述步骤（Ⅱ）中，取刀柄质量块M1为受力分析对象，根据牛顿第二运动定律，所述主轴-刀柄简化非线性振动系统中刀柄的运动方程变形为其中，Fr、Ft分别为刀柄锁紧机构通过夹紧锥向刀柄施加的径向和切向夹紧力，Fr(t)、Ft(t)分别为偏心质量引起的径向和切向外部激励力，分别为径向和切向相对瞬态加速度。7.根据权利要求1主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法，其特征在于：所述步骤（4）中，以一定的时间间距从所述相对瞬态位移、相对瞬态速度、以及2CN103196643A权利要求书2/2页的时间历程数据中取出一定数量的样本数据，即其中，tk为时间间距，xk、yk为位移样本点，为速度样本点，为非线性接触力样本点。8.根据权利要求1主轴-刀柄结合面非线性动态特性参数识别方法，其特征在于：所述步骤（5）中，非线性振动系统中一般表达式为，其中，x、分别为结合面的径向相对位移和径向相对速度，y、分别为结合面的切向相对位移和切向相对速度，k11、c11分别为结合面的线性径向刚度和线性径向阻尼，k21、c21分别为结合面的线性切向刚度和线性切向阻尼，l1i、l2i分别为结合面的径向刚度