机床实验模态分析综述

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1、机床的模态分析方法综述紙真（北京信忽科技大学机电工裎学院，北京100192）摘要：模态分析是研究机械结构动力特性的一种近代方法，是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。机床在工作时，由于要承受各种变载荷而产生振动，其精度和寿命会受到影响。因此有必要对机床进行模态分析，了解其动态特性，以便进一步分析和改进。本文概述了模态分析的概念、研究意义及发展历史，介绍了机床模态分析的研究现状，从理论方法与试验方法两方面指出了其关鍵技术以及研究发展方向。关键词：模态分析；动态特性；机床；理论方法；实验方法Summaryofthe

2、modelanalysismethodofmachinetoolZHENZhen(BeijingInformationScience&TechnologyUniversity,MechanicalandElectricalEngineeringCollege.Beijing，100192)Abstract：Modalanalysisisamodernmethodtostudythedynamiccharacteristicsofmechanicalstructure.It’sanimportantmethodins

3、tructuredynamicdesignandfaultdiagnosisofequipment.Itsaccuracyandlifetimewillbeaffectedduetowithstandallkindsofvariableloadandvibrationwhenthemachinetoolworks.Soitisnecessarytomakemodalanalysisandtounderstandthedynamiccharacteristicsformachinetoolinordertofurth

4、eranalyzeandimprove.Thispapersummarizestheconcept，significanceandhistoryofmodalanalysisandintroducestheresearchstatusofmodelanalysisofmachinetool.Italsopointsoutthekeytechnologyandresearchdirectioninthisfieldfromtwoaspectsoftheoreticalmethodandexperimentalmeth

5、od.Keywords:modelanalysis;dynamiccharacteristics;machinetool;theoreticalmethod;experimentalmethodo引言模态是指机械结构的固有振动特性，毎一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。模态分析是一种研宄机械结构动力的方法，是系统辨别方法在工程振动领域屮的应用。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析法搞清楚了结构物在某一个易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可预言结构在此频段内在外部或闪部各种振源作

6、用下实际响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法⑴O模态分析将构件的复杂振动分解力许多简单而独立的振动，并用一系列模态参数来表征的过程。根据线性佥加原理，一个构件的复杂振动是由无数阶模态S加的结果。在这些模态屮。模态分析最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。模态分析主要分为3类方法：一是，基于计算机仿真的有限元分析法；二是，基于输入（激励）输出（响应）模态试验的试验模态分析法；三是，基于仅有输出（响应）模态试验的运行模态分

7、析法。有限元分析属结构动力学正问题，但受无法准确描述S杂边界条件、结构物理参数和部件连接状态等不确定性因素的限制难以达到很岛的精度。第二、三类方法属结构动力学反问题，基于真实结构的模态试验。因而能得到更准确的结果。1模态分析的意义现代机床正叫着高速度、高精度、高生产率方向发展，这就要求机床结构具有良好的动态特性。建立机床的结构动力学模型对于研宂机床结构的动态特性、了解结构的薄弱环节、对结构进行优化设计以及提商的加工精度具有重要意义。随着现代化科学技术的发展和工艺水平的提岛及先进刀具的大量出现和使用，要求机床具有能够

8、进行高效率、高精度和高光洁度的加工性能。事实证明，机床的加工性能又与其结构的动态特性密切相关，通过改善机床的动态特性，可以提高机床的抗振性能、加工精度和效率，提高机床的使用寿命和可靠性，降低机床的机械噪声。因此，为了满足机床越来越商的加工性能的要求，机床就必须具备相应良好的结构动态特性［2］。2模态分析的发展历史早在20世纪40年代在航空工业中就通过共振实验