丝杠进给系统的振动模态耦合分析.pdfVIP

第 l0期 机械 设计 与制造 2012年 l0月 Machinery Design Manufacture 259 文章编号：1001—3997(2012)10—0259—03 丝杠进给系统的振动模态耦合分析 术 ：埘 一 0 杨晓君 赵万华 刘 辉 (西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710049) CoupledVibrationModeAnalysisofaBallScrew DriveSystem YANGXiao-jun，ZHAOWan—hua，LIUHui (StateKeyLaboratoryforManufacturingSystemsEngineering，Xi’anJiaotongUniversityXi’an7l0409，China) 【摘 要】随着现代机床高速高加速化发展，对进给系统提出了更高的要求。为研究丝杠进给系统 的振动模态，利用拉格朗 日方程建立 了考虑丝杠轴 向和转角运动耦合的系统运动方程 ，并利用里兹级 数展开对其各阶模态在不同丝杠导程下耦合特性进行分析，同时分析了工作台位置和负载质量变化对 丝杠振动频率的影响。通过分析发现丝杠导程决定了轴向和转角的模态耦合程度，而且随着工作台位 置和负载质量的变化 ，丝杠各向振动频率也随之变化。结论为实现机床虚拟设计提供相关理论依据 ，为 实现主动设计与高性能控制奠定 了基础。 关键词：进给系统；丝杠 ；运动耦合；振动频率 A【bstract】Withthedevelopmentofhighspeedandhighaccelerationmachining，demandsbecome moreandmorerigidfordrivesystem．Inordertostudythevibrationmodeofballscrewdrivesystem，Dy— nalnicmodeloftheballscrewdrivesystemofmachineswasestablishedusingLagrangeequationconsider—— ingthecouplingbetweentheaxialnadtorsionalmotion．Withdfiferentleadofballscrew，coupledfeatures werenaalyzedusingRitzseries．Menawhile，theeffectofpositionofworkbenchandqualityofload onthevi— brationfrequencyWaSanalyzed．Thenaalyticalresultsdemonstratedthatlead ofballscrewdeterminesthe couplingextentbetweenxa ialandtorsional vibration,andthevibrationineachdirectionvarywiththepost— tionofworkbenchandthequalityofload．Theresuhsitsupplyatheoreticalbasistorealizevirtualdesignof machinetoolsnadlayafoundationtoachievehighperformnacecontro1． KeyW ords：DriveSystem ；BallScrew；CoupledM otion；VibrationFrequency 中图分类号：TH16；TG162．75 文献标识码 ：A 1引言 程 ，考虑轴向和转角的运动耦合，建立了丝杠进给系统广义动力 学方程，并利用里兹级数展开对模态耦合特性进行研究，同时分 随着现代机床高速高加速度化发展，对进给系统也提出了越