振动-模态分析-工程案例

IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China工程案例张永强高级工程师靖江泰斯特电子有限公司西北工业大学振动工程研究所IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,ChinaCY集团产车床车刀颤振较大，影响加工精度，加工精度与国外同类产品的相比要差一个量级；设法通过实验的手段寻找车刀振动较大的更本原因，在不改变整体结构的基础上，对结构局部进行动力学修改设计，控制结构的动力学特性，减小加工过程中的振动，从而控制加工精度。机床案例1IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China通过实验模态分析的手段，先夹具，方刀架，尾座和加工构件四为一体的结构进行基本动力学特性测试。测试过程中非接触激振器安装在方刀架上，直接对其余部分进行激励。激励方式采用慢速扫频的方法进行，用加速度传感器测量结构的加速度响应。通过测试频响函数并识别模态参数，图示为第一阶的频率、阻尼比以及振型的三维视图显示，第一阶的频率为95Hz。IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China在加工过程中（转速为3000转），利用加速度传感器采集加速度信号，对方刀架和尾座进行ODS工作变形分析（OperationalDeflectionShape）和信号的实时频谱分析；结果显示在加工过程中振动响应以98Hz的振动为主，考虑原因为整体结构的一阶固有频率为95Hz，加工过程中，由于尾座和方刀架结构设计不合理的原因，耦合引起车刀的颤振，以98Hz的振动为主，与一阶固有频率相近，从图2可以明显的看到，在以一阶振型振动时，方刀架的振动要比加工构件的振动要大很多（及此时刀架比构件还要软），所以严重影响了加工精度；方刀架为外购件，由配套企业加工，结构不好更改；对尾座的结构进行了调整，增加了刚度，改变其固有特性；更换新设计的尾座，我们在对方刀架和尾座进行ODS工作变形分析发现，加工过程方刀架和尾座的振动明显的下降（更换新的尾座后刀架和尾座振动最大点的振动减小了50％左右）。IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China机床案例2IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,ChinaIVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China尾座变速箱IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China工件和激励IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,ChinaIVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,ChinaIVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,ChinaIVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China第一阶87Hz的固有频率对应的振型在变速箱、床鞍、中托板、溜板、刀架相对其它部分振型对应的幅度较大，在进一步的优化设计中需要修改结构来加强变速箱、床鞍、中托板、溜板、刀架等部位的动刚度，特别是刀架的动刚度，它直接影响这阶固有频率覆盖的半功率带内对应工作转速时的加工精度。从二阶和三阶的振型上容易发现，两个床脚的振型幅度相对其它部位较大，这主要是床脚减重造成的；鉴于车床本身结构的复杂型，在工作过程中会耦合激发出高阶的振动，此时床脚不稳的问题影响就很突出，建议对床脚可进行以总体重量为目标函数的动力学特性优化设计，如左床脚的最左端是一个完全开口的结构，从动刚度的角度分析肯定是不合理的，需做适当的修改；床脚现在的结构较简单，完全是结合经验、考虑加工的方便来实现的，建议用有限元来方法来寻找适当的位置加劲以达到提高动刚度的目的。IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China汽车空气滤芯器模态实验IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China夏利2000白车身模态试验IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China瑞风商务车白车身模态实验IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China别克副车架模态实验IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China汽车案例1复合材料车盖IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China汽车案例1复合材料车盖第一阶汽车案例1复合材料车盖IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China第二阶IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China第一阶复合材料翼子板IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China第二阶IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China润扬长江大桥南汊模态实验竖向一阶五阶弯曲振型一阶二阶扭转振型IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China•苏通长江大桥模态试验•上海长江大桥模态试验•舟山大陆连岛工程金塘大桥模态试验IVEInstituteofVibrationEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,China