基于二自由度系统的表面接触刚度和接触阻尼的检测研究

发布时间：2017-06-07 10:04

  本文关键词：基于二自由度系统的表面接触刚度和接触阻尼的检测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工程中零件的相互连接或接触,如导轨、螺栓、夹具、轴承滚动体与滚道、机械手关节、齿轮啮合面等,其表面连接或接触性能与表面实际接触状况有关,直接影响到零件使用功能和可靠性。机械结构中对表面接触副的接触特点和性质的描述中,经常涉及到表面接触刚度和接触阻尼参数,为了更好的了解接触刚度和接触阻尼对表面接触性能的影响,人们展开了大量的研究。然而,接触刚度和接触阻尼在振动的作用下,往往由于结合面的微观变形与其所受的法向力呈非线性关系,导致表面接触刚度和接触阻尼与所施加的载荷一般也呈非线性关系,再加上接触表面本身的特性(如润滑性、表面粗糙度、摩擦磨损状态等等)也能很大程度上改变接触刚度和接触阻尼的性质,这些不确定因素导致无法较好的完成模型的参数辨识。因此,无论从理论上还是从实际应用上,寻找一个结构在振动条件下辨识接触刚度和接触阻尼的方法具有十分重要的工程意义。本文抛开特定的结合面形式,提出了一种基于二自由度系统的接触刚度和接触阻尼的检测方法,将接触副的两接触体分别设计成相应两单自由度单元,由两单自由度单元接触耦合成二自由度系统,所要检测的接触刚度和阻尼为二者之间的耦合系数。首先搭建了二自由度系统的实验平台,运用结构响应耦合的方法,通过建立基于二自由度系统的结合面的动力学模型和数学模型,测量耦合的二自由度系统的时域响应信号,获取二自由度系统的响应参数,从而识别单位面积上的机械结合面的法向接触刚度和接触阻尼。在求取二自由度系统响应参数的时候,对信号进行了降噪,消除噪音的干扰,并且通过低通滤波过滤掉高频信号的影响并利用1stOpt软件进行了曲线拟合,从而求取响应参数。最后,通过和已知刚度的弹簧进行耦合,从而验证了接触刚度模型的准确性。分析了接触刚度和接触阻尼与特征频率和衰减系数之间的关系,找出了识别接触刚度和接阻尼的比较敏感的参数,并求出了接触材料为T8时候的各载荷条件下的接触刚度和接触阻尼的值。探讨分析了在不同的载荷条件下,衰减圆频率、接触刚度、接触阻尼随等影响因素随着接触触载荷变化的规律以及特征频率和衰减系数对接触刚度和接触阻尼的影响,为接触刚度和接触阻尼的检测提供了依据。
【关键词】：二自由度系统 接触刚度 接触阻尼 振动检测
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• CONTENTS11-14
• 物理量名称及符号表14-15
• 第一章 绪论15-24
• 1.1 课题研究背景及意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-22
• 1.2.1 国外研究现状17-19
• 1.2.2 国内研究现状19-22
• 1.3 课题来源22
• 1.4 主要研究内容22-24
• 第二章 二自由度法测量表面接触刚度和接触阻尼原理24-34
• 2.1 表面接触刚度和接触阻尼的理论依据24-25
• 2.2 建立表面接触刚度和接触阻尼的振动物理模型25-27
• 2.3 建立表面接触刚度和接触阻尼的数学模型27-31
• 2.3.1 忽略阻尼时27-30
• 2.3.2 考虑系统阻尼时30-31
• 2.4 各参数识别方法31-33
• 2.4.1 单自由度系统的参数识别31-32
• 2.4.2 二自由度系统的响应参数识别32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 获取二自由度系统响应信号的实验设计34-40
• 3.1 实验装置34-36
• 3.1.1 实验平台搭建34-35
• 3.1.2 信号采集设备35-36
• 3.2 参数及测点选择36
• 3.2.1 振动测量参数选择36
• 3.2.2 测点选择36
• 3.3 振动信号分析的技术路线36-37
• 3.4 实验条件对振动信号的影响37-39
• 3.4.1 激励位置对特征频率识别的影响37-38
• 3.4.2 激励大小对实验精度的影响38
• 3.4.3 各固定点对实验精度的影响38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 获取二自由度系统响应参数的实验数据处理40-55
• 4.1 响应信号的小波阀值降噪40-49
• 4.1.1 小波阀值降噪的基本步骤41-42
• 4.1.2 小波阀值的选择42-43
• 4.1.3 小波阀值降噪评价标准43-44
• 4.1.4 不同母小波函数对小波阀值降噪的影响44-46
• 4.1.5 不同阀值策略对降噪信号的评价46-47
• 4.1.6 实验二自由度系统时域数据的小波降噪分析47-49
• 4.2 响应信号的低通滤波处理49-50
• 4.3 基于最小二乘法的曲线拟合50-52
• 4.3.1 最小二乘法的基本原理50
• 4.3.2 麦夸特算法50-52
• 4.3.3 曲线拟合求取响应参数52
• 4.4 拟合结果评价52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 相同工况接触载荷对接触刚度和阻尼的影响研究55-70
• 5.1 接触刚度检测的比较试验55-61
• 5.2 接触刚度与特征频率与衰减系数的关系61-63
• 5.3 接触阻尼与特征频率和衰减系数的关系63-64
• 5.4 接触载荷对特征频率的影响分析64-66
• 5.5 接触载荷对结合面法向接触刚度的影响66-68
• 5.6 接触载荷对结合面法向接触阻尼的影响68-69
• 5.7 本章小结69-70
• 结论与展望70-72
• 结论70-71
• 展望71-72
• 参考文献72-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及专利77-79
• 致谢79-80
• 附录1 二自由度有阻尼自由振动80-82

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