本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種機床絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)支撐點徑向剛度和阻尼的測量方法，該方法針對絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)進行受力分析，運用振動力學(xué)、材料力學(xué)建立支撐點徑向剛度和阻尼的辨識模型。通過測量絲杠上任意點振動幅值的模、簡諧力的幅值和頻率、左軸承組中間位置點與絲杠螺母中間位置點的間距、絲杠螺母中間位置點與施加簡諧力處的間距、施加簡諧力處與右軸承組中間位置點的間距等參數(shù)，識別支撐點徑向剛度和阻尼。本發(fā)明專利技術(shù)能夠在機床絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)裝配完成后，準確估計支撐點徑向剛度和阻尼，為評價機床的裝配精度、振動控制提供了技術(shù)支持。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及機床絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)中各支撐點徑向剛度和阻尼的測量，更確切地說是絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)中滾動軸承組、絲杠螺母和導(dǎo)軌滑塊處的垂直于水平面方向的剛度和阻尼參數(shù)的測量方法。
技術(shù)介紹
絲杠驅(qū)動是機床進給系統(tǒng)中常見的驅(qū)動方式。它結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。絲杠2由左滾動軸承組1和右滾動軸承組6支撐；絲杠螺母4分別連接絲杠2和工作臺5。當絲杠2旋轉(zhuǎn)時，絲杠螺母4和工作臺5在水平方向做往復(fù)運動；工作臺5通過導(dǎo)軌滑塊3與導(dǎo)軌相連，導(dǎo)軌固定在床身上。由結(jié)構(gòu)簡圖可知，絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)是一個多點支撐的靜不定結(jié)構(gòu)。 日本的岡本純?nèi)徒翘锖托墼凇稘L動軸承的特性和實用技術(shù)》一書中指出軸承剛度易受裝配精度影響。申請?zhí)枮?0081011469.2的專利文獻中指出一個組合結(jié)構(gòu)中的阻尼有90％來源于它的結(jié)合部。因此，在裝配完成后，準確測量滾動軸承組、絲杠螺母和導(dǎo)軌滑塊處的徑向剛度和阻尼對裝配質(zhì)量的評價、系統(tǒng)的振動控制有非常重要的意義。并且測量剛度和阻尼時，不能為了安裝傳感器而改變系統(tǒng)中零件的結(jié)構(gòu)，例如軸承座的結(jié)構(gòu)、絲杠螺母套的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌滑塊的結(jié)構(gòu)等。 目前，申請?zhí)枮?00810137157.3的專利文獻主要研究單個軸承剛度的測量方法。申請?zhí)枮?2823038.8的專利文獻主要研究擺臂裝置中軸承剛度的測量方法，它需要特殊的測量裝置，并且該裝置不能應(yīng)用于絲杠驅(qū)動系統(tǒng)中軸承組徑向剛度的測量。文獻“軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中軸承動態(tài)參數(shù)和不平衡估計”(Simultaneous estimation of the residual unbalance andbearing dynamic parameters from the experimental data in arotor-bearing system.Mechanism and MachineTheory，44(2009)792-812.)主要研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中軸承剛度和阻尼系統(tǒng)的測量方法，該文獻中的轉(zhuǎn)子機械系統(tǒng)為一個靜定結(jié)構(gòu)，作者沒有考慮軸自身的彈性變形。 到目前為止，還沒有一種成熟技術(shù)方案被公布，可在機床絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)裝配完成后有效進行支撐點徑向剛度和阻尼的測量。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種在機床絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)裝配完成后，測量系統(tǒng)支撐點徑向剛度和阻尼的方法，為評價裝配精度、振動控制提供技術(shù)支持。 ，按照以下步驟進行 (1)令左軸承組的中間位置點為第一節(jié)點I，螺母中間位置點為第二節(jié)點II，施加簡諧力處為第三節(jié)點III，右軸承組的中間位置點為第四節(jié)點IV；l1為第一節(jié)點I與第二節(jié)點II間的距離，l2為第二節(jié)點II與第三節(jié)點III間的距離，l3為第三節(jié)點III與第四節(jié)點IV間的距離； (2)對絲杠進行激振，測量與節(jié)點I間距為x的點處絲杠相對于床身的振動幅值模 (3)構(gòu)建振動幅值模的表達方程式 如果0≤x≤l1，則 如果l1≤x≤l1+l2，則 如果l1+l2≤x≤l1+l2+l3，則 其中 gq＝(k1+iωc1)gu； 其中 f1(x)＝0.5ch(λx)+0.5cos(λx)， f′1(x)＝0.5λsh(λx)-0.5λsin(λx)，f″1(x)＝0.5λ2ch(λx)-0.5λ2cos(λx)， f″2(x)＝0.5λ3sh(λx)+0.5λ3sin(λx)， EI為抗彎剛度，它是楊式模量與絲杠轉(zhuǎn)動慣量的乘積；ω為簡諧力的圓頻率；F0為簡諧力幅值；k1、c1分別為絲杠左軸承組的徑向剛度和阻尼，k2、c2分別為絲杠螺母的徑向剛度和阻尼，k3、c3分別為絲杠右軸承組的徑向剛度和阻尼，k4、c4分別為導(dǎo)軌滑塊的徑向剛度和阻尼；Mt為工作臺的質(zhì)量，m為絲杠的線密度； (4)改變第一節(jié)點I與第二節(jié)點II間的距離l1、第二節(jié)點II與第三節(jié)點III間的距離l2以及簡諧力幅值F0，按照步驟(2)～(3)的方式再次構(gòu)建振動幅值模的表達方程式，如此反復(fù)操作，直到得到n個振動幅值模的表達方程式，n≥8； (5)求解由n個振動幅值模的表達方程式構(gòu)成的方程組，得到絲杠左軸承組的徑向剛度k1和阻尼c1，絲杠螺母的徑向剛度k2和阻尼c2，絲杠右軸承組的徑向剛度k3和阻尼c3，導(dǎo)軌滑塊處的徑向剛度k4和阻尼c4。 本專利技術(shù)的技術(shù)效果體現(xiàn)在本專利技術(shù)是在機床絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)裝配完畢后，對滾動軸承組、絲杠螺母和導(dǎo)軌滑塊處的徑向剛度和阻尼進行準確測量的方法。該方法不需要在裝配前，預(yù)先在系統(tǒng)零件中安裝傳感器，避免了傳感器及其支座對系統(tǒng)性能的影響，具有實施方便快捷的特點。 附圖說明 圖1為絲杠驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖； 圖2絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)的力學(xué)模型示意圖； 圖3為第二節(jié)點II左右兩端梁的受力分析示意圖； 圖4為工作臺受力分析圖； 圖5為本專利技術(shù)測試方案示意圖。 具體實施例方式 絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，分別將左滾動軸承組1、右滾動軸承組6、絲杠螺母4、所有導(dǎo)軌滑塊3簡化成等效彈簧——阻尼器系統(tǒng)；絲杠2簡化為歐拉-伯努力梁；床身和軸承座為剛體；絲杠2在垂直于地面方向的簡諧力F＝F0eiωt激勵下發(fā)生振動。其中，e為自然指數(shù)；t為時間；ω為簡諧力的圓頻率；F0為簡諧力的幅值。圖1簡化成如圖2所示力學(xué)模型。其中，k1、c1為絲杠左滾動軸承組的徑向(垂直水平面方向)剛度和阻尼；k2、c2為絲杠螺母處的徑向剛度和阻尼；k3、c3為絲杠右端軸承組的徑向剛度和阻尼；k4、c4為導(dǎo)軌滑塊的徑向剛度和阻尼；Mt為工作臺的質(zhì)量；F為作用在絲杠上的簡諧力，其中F0為簡諧力的幅值，ω為簡諧力的圓頻率，t為時間；令左端配對軸承組的中間位置點為第一節(jié)點I，絲杠螺母中間位置點為第二節(jié)點II，施加簡諧力處為第三節(jié)點III，右端配對軸承組的中間位置點為第四節(jié)點IV。l1為節(jié)點I與節(jié)點II間的距離；l2為節(jié)點II與節(jié)點III間的距離；l3為節(jié)點III與節(jié)點IV間的距離；x為梁上任一點到節(jié)點I的距離。 第I節(jié)點到第II節(jié)點左側(cè)處的梁的振動方程為 其中0≤x≤l1；EI為抗彎剛度，它是楊式模量與絲杠轉(zhuǎn)動慣量的乘積；u(x，t)為梁在x處垂直水平面方向的位移；m為絲杠的線密度。梁在簡諧力的作用下產(chǎn)生受迫振動，故 u(x，t)＝U(x)eiωt(2) 其中，U(x)為振型函數(shù)。將式(2)代入式(3)可得 方程(3)的解可寫成 U(x)＝U1f1(x)+U′1f2(x)+U″1f3(x)+U′″1f4(x)(4) 其中U1為梁在x＝0處(即節(jié)點I處)，垂直水平面方向的振幅；U′1、U″1和U′″1分別為節(jié)點I處，U(x)對x的一階導(dǎo)數(shù)值，二階導(dǎo)數(shù)值、三階導(dǎo)數(shù)值；U1、U′1、U″1和U′″1有以下力學(xué)意義 節(jié)點I處的轉(zhuǎn)角 節(jié)點I處的力矩 節(jié)點I處的剪力 故式(4)改寫為 又由于f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)是x的函數(shù)，滿足以下條件 f1(0)＝1，f′1(0)＝f″1(0)＝f′″1(0)＝0(9) f′2(0)＝1，f2(0)＝f″2(0)＝f′″2(0)＝0(10) 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)中支撐點徑向剛度和阻尼的測量方法，按照以下步驟進行： （１）令左軸承組的中間位置點為第一節(jié)點Ⅰ，絲杠螺母中間位置點為第二節(jié)點Ⅱ，施加簡諧力處為第三節(jié)點Ⅲ，右軸承組的中間位置點為第四節(jié)點Ⅳ；ｌ↓［１］為第一節(jié)點Ⅰ與第二節(jié) 點Ⅱ間的距離，ｌ↓［２］為第二節(jié)點Ⅱ與第三節(jié)點Ⅲ間的距離，ｌ↓［３］為第三節(jié)點Ⅲ與第四節(jié)點Ⅳ間的距離； （２）對絲杠進行激振，測量與節(jié)點Ⅰ間距為ｘ的點處絲杠相對于床身的振動幅值的模＊↓［ｘ］＝｜Ｕ（ｘ）｜； （３）構(gòu)建振動幅值模 的表達方程式： 如果０≤ｘ≤ｌ↓［１］，則 ｜Ｕ（ｘ）｜＝｜ｇ↓［ｕ］ｆ↓［１］（ｘ）＋ｇ↓［θ］ｆ↓［２］（ｘ）＋ｇ↓［ｑ］／ＥＩｆ↓［４］（ｘ）｜； 如果ｌ↓［１］≤ｘ≤ｌ↓［１］＋ｌ↓［２］，則 ｜Ｕ（ｘ）｜＝ ｜Ｕ↓［２］↑［Ｒ］ｆ↓［１］（ｘ－ｌ↓［１］）＋θ↓［２］↑［Ｒ］ｆ↓［２］（ｘ－ｌ↓［１］）＋Ｍ↓［２］↑［Ｒ］／ＥＩｆ↓［３］（ｘ－ｌ↓［１］）＋Ｑ↓［２］↑［Ｒ］／ＥＩｆ↓［４］（ｘ－ｌ↓［１］）｜ 如果ｌ↓［１］＋ｌ↓［２］ ≤ｘ≤ｌ↓［１］＋ｌ↓［２］＋ｌ↓［３］，則 ｜Ｕ（ｘ）｜＝｜Ｕ↓［３］↑［Ｒ］ｆ↓［１］（ｘ－ｌ↓［１］－ｌ↓［２］）＋θ↓［３］↑［Ｒ］ｆ↓［２］（ｘ－ｌ↓［１］－ｌ↓［２］）＋Ｍ↓［３］↑［Ｒ］／ＥＩｆ↓［３］（ｘ－ｌ↓［１］－ ｌ↓［２］）＋Ｑ↓［３］↑［Ｒ］／ＥＩｆ↓［４］（ｘ－ｌ↓［１］－ｌ↓［２］）｜ 其中 ＊＊＊ ｇ↓［ｕ］＝α／β α＝｛－１／ＥＩ［Ｔ↓［３２］ｆ↓［４］（ｌ↓［３］）－Ｔ↓［１２］ｆ↓［４］″（ｌ↓［３］）］（ｋ ↓［３］＋ｉωｃ↓［３］）－Ｔ↓［４２］ｆ↓［４］″（ｌ↓［３］）＋Ｔ↓［３２］ｆ↓［４］″′（ｌ↓［３］）｝Ｆ↓［０］， β＝ＥＩ（Ｔ↓［４２］Ｔ↓［３１］－Ｔ↓［３２］Ｔ↓［４１］）＋（ｋ↓［１］＋ｉωｃ↓［１］）（Ｔ↓［４２］Ｔ ↓［３４］－Ｔ↓［３２］Ｔ↓［４４］）＋（ｋ↓［３］＋ｉωｃ↓［３］）（Ｔ↓［３２］Ｔ↓［１１］－Ｔ↓［１２］Ｔ↓［３１］）＋１／ＥＩ（ｋ↓［１］＋ｉωｃ↓［１］）（ｋ↓［３］＋ｉωｃ↓［３］）（Ｔ↓［３２］Ｔ↓［１４］－Ｔ↓［１２］Ｔ↓［３４］）， ｇ↓［θ］＝－［（ｋ↓［１］＋ｉωｃ↓［１］）Ｔ↓［３４］／ＥＩＴ↓［３２］＋Ｔ↓［３１］／Ｔ↓［３２］］ｇ↓［ｕ...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡峰，金超，吳波，胡友民，史鐵林，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：83[中國|武漢]
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