【正文】 高于某個(gè)給定頻率的振型)，還可以很好地處理剛體振型，但需要較高的內(nèi)存。一般都選用此方法，我們也用此方法。子空間法比較適合于提取中型到大型模型的較少的振型(40)。在用于實(shí)體單元和殼單元時(shí)，應(yīng)當(dāng)具有較好的單元形狀；在具有剛體振型時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)收斂問(wèn)題；需要相對(duì)較少的內(nèi)存。建議在具有約束方程時(shí)不要用此方法。PCG Lanczos法適用于提取很大的模型(10000個(gè)自由度以上)的較少振型(20)，這種方法明顯比Block Lanczo法或者子空間法快，但是單元形狀不好或出現(xiàn)病態(tài)矩陣時(shí)，用這種方法可能不收斂；需要很大的內(nèi)存。建議只將該方法作為針對(duì)大模型的一種備用方法。另外需要注意的是，該方法的子空間技術(shù)使用Power求解器和一直質(zhì)量矩陣，而且也不執(zhí)行Sturm序列檢查(對(duì)于遺漏模態(tài))，對(duì)多個(gè)重復(fù)頻率的模型可能會(huì)有影響。當(dāng)對(duì)一個(gè)包含剛體模態(tài)的模型進(jìn)行分析時(shí)，則必須執(zhí)行RIGID命令(或者在分析設(shè)置對(duì)話(huà)框中指定RIGID設(shè)置)。縮減法適用于模型中的集中質(zhì)量不會(huì)引起局部振動(dòng)的情況，如梁、桿單元等，它是所有方法中最快的，而且需要較少的內(nèi)存和硬盤(pán)空間。其原理是通過(guò)一組主自由度來(lái)減小[K]和[M]的大小，縮減的剛度矩陣[K]是精確的，但縮減的質(zhì)量矩陣[M]是近似的，近似程度取決于主自由度的數(shù)目和位置。在結(jié)構(gòu)抵抗彎曲能力較弱時(shí)不推薦使用此方法，如細(xì)長(zhǎng)的梁和薄殼。不對(duì)稱(chēng)法適用于聲學(xué)問(wèn)題(具有結(jié)構(gòu)耦合作用)和其他類(lèi)似的具有不對(duì)稱(chēng)質(zhì)量矩陣[M]和剛度矩陣[K]的問(wèn)題。這種不對(duì)稱(chēng)性往往會(huì)使得結(jié)構(gòu)的模態(tài)均是復(fù)模態(tài)，即特征值和特征向量均是復(fù)數(shù)，此時(shí)實(shí)數(shù)部分就是自然頻率，虛數(shù)部分表示解的穩(wěn)定性，負(fù)值表示穩(wěn)定，正值表示不穩(wěn)定。需要注意的是，不對(duì)稱(chēng)法采用Lanczos算法，不執(zhí)行Sturm序列檢查，所以會(huì)遺漏高端頻率。在模態(tài)分析中一般忽略阻尼，但是如果阻尼的效果比較明顯，就要使用阻尼法，該方法主要用于回轉(zhuǎn)體動(dòng)力學(xué)中。在A(yíng)NSYS的BEAM4和PIPE16單元中，可以通過(guò)定義實(shí)常數(shù)中的SPIN(旋轉(zhuǎn)速度，弧度/秒)選項(xiàng)來(lái)說(shuō)明陀螺效應(yīng)。該方法同樣會(huì)引起結(jié)構(gòu)的復(fù)模態(tài)特性，也存在遺漏高端頻率的問(wèn)題，不同節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)可能存在相位差，而響應(yīng)幅值則等于實(shí)部與虛部的矢量和。QR阻尼法適合于分析大阻尼系統(tǒng)，阻尼可以是任意阻尼類(lèi)型，其計(jì)算精度取決于提取的模態(tài)數(shù)量，所以建議提取足夠多的基頻模態(tài)，但是該方法不建議用于臨界阻尼或過(guò)阻尼系統(tǒng)。需要注意的是，該方法輸出的復(fù)特征值(虛部為頻率)和實(shí)特征向量。[16]用ANSYS Workbench進(jìn)行模態(tài)分析。首先雙擊Modal，建立新的模態(tài)分析系統(tǒng)，然后在Geometry上點(diǎn)擊右鍵選擇導(dǎo)入模型，從而導(dǎo)入主軸部件igs文件，然后就雙擊Modal進(jìn)入分析界面。進(jìn)入界面后的求解順序一般為：材料設(shè)定、網(wǎng)格劃分、添加約束、運(yùn)行求解與查看結(jié)果。添加約束，首先對(duì)沉頭孔添加約束無(wú)摩擦約束，點(diǎn)擊Modal(A5）,然后按住Ctrl鍵依次選中6個(gè)沉頭孔平面，然后右鍵選中Insert和Frictionless Support，添加無(wú)摩擦約束完畢。然后添加固定約束，同樣的選中6個(gè)沉頭孔螺栓面，添加Fixed Support，這樣固定約束添加完畢。然后就是設(shè)定求解，設(shè)定模態(tài)分析階數(shù)為10，然后點(diǎn)擊Solve求解主軸部件前10階模態(tài)分析。 (a)第一階振型 (b)第二階振型 (c)第三階振型(d)第四階振型 主軸部件振型圖從振型圖可以看出，在第一階時(shí)主軸部件發(fā)生整體彎曲變形，在主軸箱軸孔頂部發(fā)生的變形最嚴(yán)重。第二階時(shí)彎曲變形加重，有稍微的扭轉(zhuǎn)變形。第三階時(shí)扭轉(zhuǎn)變形加劇，在右壁處產(chǎn)生嚴(yán)重變形，此時(shí)扭轉(zhuǎn)變形也是在左右壁出產(chǎn)生的。第四階時(shí)在箱體頂部和軸端部發(fā)生很大變形?？梢?jiàn)主軸部件在低階時(shí)主要是彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，其中彎曲比較嚴(yán)重，而左右壁的剛度影響著主軸的抗扭強(qiáng)度，同時(shí)在主軸部件頂部和主軸端部變形最嚴(yán)重。通過(guò)模態(tài)分析得到主軸部件的固有頻率和振型圖，為進(jìn)一步分析主軸部件的動(dòng)態(tài)特性奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為進(jìn)一步改進(jìn)主軸部件提供了科學(xué)依據(jù)。 主軸部件理論固有頻率得到主軸部件的固有頻率和振型后，可進(jìn)一步對(duì)主軸部件進(jìn)行諧響應(yīng)分析。諧響應(yīng)分析是用于確定一個(gè)線(xiàn)性結(jié)構(gòu)在已知頻率的簡(jiǎn)諧載荷作用下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的技術(shù)。該技術(shù)只計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動(dòng)，不考慮結(jié)構(gòu)在激勵(lì)開(kāi)始時(shí)的瞬態(tài)振動(dòng)。該分析使設(shè)計(jì)人員能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的持續(xù)動(dòng)力特性，從而能夠驗(yàn)證其設(shè)計(jì)是否能夠克服疲勞共振及其其他受迫振動(dòng)引起的有害影響。[16]諧響應(yīng)分析可用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備的支座、固定裝置和部件。比如發(fā)動(dòng)機(jī)等。數(shù)控機(jī)床主軸部件在加工過(guò)程中可以認(rèn)為受到簡(jiǎn)諧激振力。用諧響應(yīng)分析可以更進(jìn)一步分析主軸部件的動(dòng)態(tài)特性。6 全文總結(jié)現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床正朝著高效高速化、高精度、可重構(gòu)方向發(fā)展，并已成為當(dāng)前數(shù)控機(jī)床發(fā)展的基本趨勢(shì)。高速化、高精度已成為當(dāng)今機(jī)床發(fā)展的方向，而主軸部件是數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的部件，其動(dòng)態(tài)特性的好壞對(duì)機(jī)床的性能有著重要的影響。因此，對(duì)主軸部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析十分必要。本文作者催主軸部件的動(dòng)態(tài)分析進(jìn)行了一定的研究，完成的主要工作有：①查閱相關(guān)資料，了解數(shù)控機(jī)床主軸技術(shù)、模態(tài)分析原理和有限元方法的原理。同時(shí)重點(diǎn)是學(xué)習(xí)如何用有限元方法來(lái)實(shí)現(xiàn)模態(tài)分析的計(jì)算。為此學(xué)習(xí)了ANSYS Workbench軟件。②根據(jù)資料上得CHK32機(jī)床主軸箱二維圖紙，用UG畫(huà)出主軸箱三維模型，然后用ANSYS Workbench建立主軸箱有限元模型，然后進(jìn)行模態(tài)分析，獲得了主軸箱的固有頻率和振型，并通過(guò)對(duì)振型圖的分析對(duì)主軸箱進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一定的改進(jìn)方案。③同樣對(duì)主軸進(jìn)行模態(tài)分析，得到主軸固有頻率和振型圖，然后做了一定的分析。④在UG中將主軸箱、主軸和軸承裝配起來(lái)，成為主軸部件，然后導(dǎo)入ANSYS Workbench軟件中，畫(huà)網(wǎng)格，得到有限元模型，然后進(jìn)行模態(tài)分析，得到主軸部件的固有頻率和振型圖，并對(duì)振型圖進(jìn)行分析，為諧響應(yīng)分析等奠定了基礎(chǔ)。本文對(duì)高性能數(shù)控機(jī)床主軸部件動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了一定的研究分析，發(fā)現(xiàn)主軸部件仍有進(jìn)行更深一步研究的必要以及仍存在需要改進(jìn)的地方。①數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中，會(huì)發(fā)生振動(dòng)等，這時(shí)機(jī)床發(fā)生自激振動(dòng)。②主軸部件還包括密封圈、密封盤(pán)、卡盤(pán)。軸套等等的一些附屬零件。這些零件的強(qiáng)度、剛度以及結(jié)構(gòu)等都會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量帶來(lái)影響。③主軸部件中軸承類(lèi)型以及主軸受力形式、大小等對(duì)機(jī)床都有影響，同時(shí)溫度等等也存在影響。以上幾點(diǎn)可以成為改進(jìn)和研究的方向。致謝當(dāng)自己從保研、畢業(yè)論文的壓力下解脫出來(lái)，大出一口氣的時(shí)候，我突然發(fā)現(xiàn)我四年的大學(xué)生涯就要結(jié)束了，到了告別的時(shí)候了。一想到這就覺(jué)得時(shí)間飛逝，有點(diǎn)惆悵，有點(diǎn)失落，又有點(diǎn)期待。在此畢業(yè)論文完成之際，首先由衷的感謝我的論文指導(dǎo)老師周偉老師，從論文準(zhǔn)備工作到時(shí)間安排，從開(kāi)題報(bào)告到論文批改，都有老師大量汗水。在這篇論文的寫(xiě)作過(guò)程中，我曾遇到一些困難，周老師給予了我很大的幫助，同時(shí)周老師一絲不茍的負(fù)責(zé)精神使我感受頗多。請(qǐng)?jiān)试S我向周老師表示真摯的謝意。同時(shí)我要感謝那些老師們。四年，大學(xué)四年是我人生中非常重要的四年，我有幸能夠接觸到那些傳授我知識(shí)、學(xué)問(wèn)的老師們。他們傳授我專(zhuān)業(yè)知識(shí)，幫助我打開(kāi)機(jī)械的大門(mén)，同時(shí)又給予我耐心的、具體的指導(dǎo)。而且他們從更高的層次指導(dǎo)我的人生與價(jià)值追求，他們使我堅(jiān)定了人生的方向，或得了追求自我價(jià)值的動(dòng)力，給我留下了美好的大學(xué)回憶。在此，我再一次真誠(chéng)地向我尊敬的老師們和母校表達(dá)我深深的謝意。向我的父母和家人表示誠(chéng)摯的謝意。他們是我生命中永遠(yuǎn)的依靠和支持，他們無(wú)微不至的關(guān)懷，是我前進(jìn)的動(dòng)力，他們的殷切希望，是我?jiàn)^斗的源泉。沒(méi)有他們就沒(méi)有我，我的一切都來(lái)自于他們。在這里，我祝福我的父母身體健康。養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿。最后感謝和我共度大學(xué)四年美好生活的機(jī)械學(xué)院2007級(jí)機(jī)自05班的同學(xué)們。感謝我的那些朋友們。 付國(guó)強(qiáng) 2011年5月 于重慶大學(xué)參考文獻(xiàn)[1] 郭策, 孫慶鴻, 蔣書(shū)運(yùn),等. 高速高精密數(shù)控車(chē)床主軸系統(tǒng)的熱特性分析[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床, 2003（3）：3739.[2] 崔勇俊. 機(jī)床主軸的動(dòng)剛性評(píng)估[J]. 大連大學(xué)學(xué)報(bào), 2003,24（2）：1215.[3] 蔡英, 黃國(guó)慶, 劉建清,等. 機(jī)床高速主軸系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性[J]. 江南大學(xué)學(xué)報(bào), 2003,2（3）：287292.[4] and Geiger. 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