一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统及方法，包括振动测试实验台、导轨、压板、滑台，导轨置于振动测试实验台上方，滑台通过压板设置在导轨上，在压板上设置有加速度传感器；还包括分析系统及力锤，力锤连接在分析系统上，分析系统与加速度传感器相连接；采用力锤敲击滑台，并通过加速度传感器收集压板所输出的信号，并传输至分析系统内，在分析系统内实现对液体静压导轨油膜结合部的刚度、粘性阻尼、结构阻尼矩阵的计算；利用力锤力锤敲击导轨，形成宽频激励信号，通过一种改进的频率响应函数方法，并应用离散的方法来辨识液体静压导轨结合部的刚度、阻尼参数，具有辨识速度快，辨识精度高的优点。
【专利说明】
一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及液体静压导轨技术等领域，具体的说，是一种辨识液体静压导轨油膜 刚度、阻尼的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 机床作为制造业的工作母机，是制造技术发展进步的基石。机床结合部的刚度与 阻尼在机床总刚度和总阻尼中占有很大比重，要准确建立机床整机的动力学模型，关键就 在于能否获得合理准确的结合部刚度、阻尼参数。研究表明，机床结合部刚度占到机床总刚 度的60% - 80%，结合部阻尼占到机床总阻尼的90%，因而，机床结合部的研究一直为科研 人员所关注。然而，当前人们的研究主要侧重于结合部在无油情况的刚度、阻尼参数辨识， 而液体静压导轨结合部充斥着一层厚度在数十微米的极薄的油膜，其结合部刚度、阻尼参 数与传统的直接接触式结合部有着迥异的区别。
[0003] 现有的结合部刚度、阻尼参数辨识通常是根据结合部的结构形式、联接条件、典型 工况等条件，确定等效的质量、弹簧、阻尼器联接的结合部简化模型，通过理论计算得出。而 由于结合部复杂的受力情况、表面微观形貌的差异以及刚度、阻尼的非线性特性，使得要从 理论上获得精确特性参数是非常困难的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于设计出一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统及方法， 所述系统用于实现辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的硬件系统，并利用力锤力锤敲击导 轨，形成宽频激励信号;所述方法通过一种改进的频率响应函数方法，并应用离散的方法来 辨识液体静压导轨结合部的刚度、阻尼参数，具有辨识速度快，辨识精度高的优点。
[0005] 本发明通过下述技术方案实现:一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统，包 括振动测试实验台、导轨、压板、滑台，导轨置于振动测试实验台上方，滑台通过压板设置在 导轨上，在压板上设置有加速度传感器;还包括分析系统及力锤，力锤连接在分析系统上， 分析系统与加速度传感器相连接。
[0006] 进一步的为更好的实现本发明所述系统，能够利用导轨和压板形成U型空腔，并将 滑台的两端设置在U型空腔内，便于滑台能够在压板和导轨所形成的U型空腔内滑动，特别 采用下述设置方式:所述压板设置在导轨上，且压板与导轨形成一对U型空腔，所述滑台的 两端分别置于压板与导轨所形成的U型空腔内；为能够使压板和导轨良好固定，从而形成U 型空腔，所述压板通过螺栓固定连接在导轨上。
[0007] 进一步的为更好的实现本发明所述系统，能够使置于U型空腔内的滑台部位能够 用于存储液压油，在工作时，在油腔中通过一定压力的压力油，滑台浮在液压油形成的油膜 上，滑台与导轨不接触，使滑台处于液体摩擦状态，特别采用下述设置方式:置于U型空腔内 分别与导轨及压板相接触的所述滑台的部位设置有油腔，且在油腔内设置有液压油，所述 系统工作时滑台浮在液压油形成的油膜上。
[0008] 进一步的为更好的实现本发明所述系统，能够便于进行加速度的检测，特别采用 下述设置方式:所述加速度传感器为4个且呈矩形设置在压板上。
[0009] 进一步的为更好的实现本发明所述系统，能够对所采集的加速度数据进行分析， 以便实现辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的目的，特别采用下述设置方式:所述分析系统 内设置有相互连接的数据采集分析仪和数据处理计算机，数据采集分析仪分别与力锤和加 速度传感器相连接。
[0010] 采用一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统实现一种辨识液体静压导轨油 膜刚度、阻尼的方法，采用力锤敲击滑台，并通过加速度传感器收集压板所输出的信号，并 传输至分析系统内，在分析系统内实现对液体静压导轨油膜结合部的刚度、粘性阻尼、结构 阻尼矩阵的计算。
[0011] 进一步的为更好的实现本发明所述方法，特别采用下述设置方式:所述辨识液体 静压导轨油膜刚度、阻尼的方法包括以下具体步骤：
[0012] 1)连接辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统:将加速度传感器的输出接口和 力锤的输出接口与数据采集分析仪连接，数据采集分析仪与数据处理计算机连接；
[0013] 2)布设加速度传感器:为得到准确的测试数据，在进行加速度传感器设置时，将加 速度传感器设置在油腔的正上方的压板上；
[0014] 3)模拟液体静压导轨工作时的工况，通过力锤多次敲击滑台的表面几何中心，在 滑台上形成不同激振频率的振动，经过加速度传感器采集处理后得到不同的加速度信号， 数据采集分析仪通过采集并处理不同的加速度信号和力锤敲击时的输入宽频力激励信号 后，输入到数据处理计算机中，在数据处理计算机中将加速度响应转换为位移响应，得到不 同激振频率下的力-位移传递函数；
[0015] 4)使用数据处理计算机上的计算软件程序，完成对液体静压导轨油膜结合部的刚 度、粘性阻尼、结构阻尼矩阵的计算。
[0016] 进一步的为更好的实现本发明所述方法，特别采用下述设置方式:所述步骤3)包 括以下具体步骤：
[0017] 3-1)通过力锤敲击滑台表面的几何中心，使得压板形成不同激振频率的振动；
[0018] 3-2)设置在油腔上方的加速度传感器采集滑台受力锤敲击后所形成的振动信息， 并将非电量的振动信息转换为对应的加速度输出信号；
[0019] 3-3)数据采集分析仪分别采集加速度输出信号和力锤敲击时的输入宽频力激励 信号并进行滤波、转换后，得到加速度输出数据，而后将加速度输出数据传至数据处理计算 机中，在数据处理计算机中将加速度输出数据转换为位移输出数据；
[0020] 3-4)根据位移输出数据，在数据处理计算机中得到液体静压导轨在不同激振频率 下的力-位移传递函数。
[0021] 进一步的为更好的实现本发明所述方法，特别采用下述设置方式:所述步骤4)具 体为:得到不同激振频率下的力-位移传递函数后，即可知传递函数的实部Gr(co)、虚部G: (?)而后通过数据处理计算机上的计算软件程序完成如下计算：
[0022]
*计算获得不 同频率下的沁（《 )、M2 ( ? )值；
[0023] (2)根据公式：-?i2 ? M. MKcoO+K .MKcoihl.........公式2，
[0024]
:其中M、K、C、D为矩阵格式，MK ?i)、M2( ?i) 为激振频率为w i时的值；
[0032] (4)方程组1中一共有k ? n个方程，每个方程中含有两个未知量，因此在每个方程 中带入〇 i与〇 (i+i)及对应的Mi( co i)、M2( 〇 i)、Mi( co (i+i))、M2( 〇 (i+i))，就可以求出方程中的
间时的质量矩阵M与刚度矩阵K;[0033] (5)将公式3写成完整格式，则有： 从而得到激振频率在CO i与CO (i + l)之 9
[0035 ]转换为方程格式，则有：
[0037] (6)方程组2-共有k ? n个方程，每个方程中含有两个未知量，同样在每个方程中 带入《丨与《 (i+i)及对应的Mi( ? i)、M2( w i)、Mi( ? (i+i))、M2( w (i+1))，就可以求出方程中的未
从而得到激振频率在w i与《 (i+1)之间时 9 的粘性阻尼矩阵C与结构阻尼矩阵D。
[0038] 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0039] 本发明所述系统用于实现辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的硬件系统，并利用 力锤力锤敲击导轨，形成宽频激励信号;所述方法通过一种改进的频率响应函数方法，并应 用离散的方法来辨识液体静压导轨结合部的刚度、阻尼参数，具有辨识速度快，辨识精度高 的优点。
[0040] 本发明工作时，在油腔中通过一定压力的压力油，滑台浮在液压油形成的油膜上， 滑台与导轨不接触，使滑台处于液体摩擦状态。
[0041] 本发明通过对频率响应函数方法的改进，推导得出了一种根据试验模态测试得出 的系统频率响应函数的虚部与实部，就可快速确定液体静压导轨在全频率范围的刚度矩 阵、粘性阻尼矩阵、结构阻尼矩阵及质量矩阵的方法。
[0042] 本发明考虑到液体静压导轨结合部阻尼与刚度的非线性特征，采用线性化的方法 可得到在某一激振频率下的刚度矩阵、粘性阻尼矩阵、结构阻尼矩阵及质量矩阵。
[0043]本发明方法简单快捷，不需要使用额外的设备，应用MATLAB软件，对模态测试结果 进行计算分析，就可快速得到液体静压导轨结合部刚度矩阵、粘性阻尼矩阵、结构阻尼矩阵 及质量矩阵。
【附图说明】
[0044]图1为本发明结构图。
[0045]图2为本发明所述导轨系统结构图。
[0046]图3为本发明所述方法简化原理图。
[0047]图4为本发明所述加速度传感器布置原理图。
[0048]图5为液体静压导轨hi 1幅频特性曲线。
[0049]图6为液体静压导轨h22幅频特性曲线。
[0050]图7为液体静压导轨h33幅频特性曲线。
[0051]图8为液体静压导轨h44幅频特性曲线。
[0052] 其中，卜导轨，2-油腔，3-压板，4-滑台，5-振动测试实验台， 6_力锤，7-数据采集分 析仪，8-数据处理计算机，9-加速度传感器，10-U型空腔。
【具体实施方式】
[0053] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。 [0054] 实施例1:
[0055] -种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统，用于实现辨识液体静压导轨油膜 刚度、阻尼的硬件系统，并利用力锤力锤敲击导轨，形成宽频激励信号，如图1、图2、图3、图4 所示，特别设置成下述结构:包括振动测试实验台（5)、导轨1、压板3、滑台4,导轨1置于振动 测试实验台5上方，滑台4通过压板3设置在导轨1上，在压板3上设置有加速度传感器9;还包 括分析系统及力锤6,力锤6连接在分析系统上，分析系统与加速度传感器9相连接。
[0056] 实施例2:
[0057]本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，如图1、图2、图3、图4所示，进一步 的为更好的实现本发明所述系统，能够利用导轨和压板形成U型空腔，并将滑台的两端设置 在U型空腔内，便于滑台能够在压板和导轨所形成的U型空腔内滑动，特别采用下述设置方 式:所述压板3设置在导轨1上，且压板3与导轨1形成一对U型空腔10,所述滑台4的两端分别 置于压板3与导轨1所形成的U型空腔10内；为能够使压板3和导轨1良好固定，从而形成U型 空腔10,所述压板3通过螺栓固定连接在导轨1上。
[0058] 实施例3:
[0059] 本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1、图2、图3、图4所示，进 一步的为更好的实现本发明所述系统，能够使置于U型空腔内的滑台部位能够用于存储液 压油，在工作时，在油腔中通过一定压力的压力油，滑台浮在液压油形成的油膜上，滑台与 导轨不接触，使滑台处于液体摩擦状态，特别采用下述设置方式:置于U型空腔10内分别与 导轨1及压板3相接触的所述滑台4的部位设置有油腔2,且在油腔2内设置有液压油，所述系 统工作时滑台4浮在液压油形成的油膜上。
[0060] 实施例4:
[0061] 本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1、图2、图3、图4所示，进 一步的为更好的实现本发明所述系统，能够便于进行加速度的检测，特别采用下述设置方 式:所述加速度传感器9为4个且呈矩形设置在压板3上。
[0062] 实施例5:
[0063]本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1、图2、图3、图4所示，进 一步的为更好的实现本发明所述系统，能够对所采集的加速度数据进行分析，以便实现辨 识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的目的，特别采用下述设置方式:所述分析系统内设置有相 互连接的数据采集分析仪7和数据处理计算机8,数据采集分析仪7分别与力锤6和加速度传 感器9相连接。
[0064] 实施例6:
[0065]采用一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统实现一种辨识液体静压导轨油 膜刚度、阻尼的方法，如图1、图2、图3、图4所示，采用力锤6敲击滑台4,并通过加速度传感器 9收集压板3所输出的信号，并传输至分析系统内，在分析系统内实现对液体静压导轨油膜 结合部的刚度、粘性阻尼、结构阻尼矩阵的计算。
[0066] 实施例7:
[0067] 本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，如图1、图2、图3、图4所示，进一步 的为更好的实现本发明所述方法，特别采用下述设置方式:所述辨识液体静压导轨油膜刚 度、阻尼的方法包括以下具体步骤：
[0068] 1)连接辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统:将加速度传感器9的输出接口和 力锤3的输出接口与数据采集分析仪7连接，数据采集分析仪7与数据处理计算机8连接；
[0069] 2)布设加速度传感器9:为得到准确的测试数据，在进行加速度传感器9设置时，将 加速度传感器9设置在油腔2的正上方的压板3上；
[0070] 3)模拟液体静压导轨工作时的工况，通过力锤6多次敲击滑台4的表面几何中心， 在滑台4上形成不同激振频率的振动，经过加速度传感器采集处理后得到不同的加速度信 号，数据采集分析仪7通过采集并处理不同的加速度信号和力锤6敲击时的输入宽频力激励 信号后，输入到数据处理计算机8中，在数据处理计算机8中将加速度响应转换为位移响应， 得到不同激振频率下的力-位移传递函数；
[0071] 4)使用数据处理计算机8上的计算软件程序，完成对液体静压导轨油膜结合部的 刚度、粘性阻尼、结构阻尼矩阵的计算。
[0072] 实施例8:
[0073]本实施例是在实施例6或7的基础上进一步优化，如图1、图2、图3、图4所示，进一步 的为更好的实现本发明所述方法，特别采用下述设置方式:所述步骤3)包括以下具体步骤：
[0074] 3-1)通过力锤6敲击滑台4表面的几何中心，使得压板3形成不同激振频率的振动；
[0075] 3-2)设置在油腔2上方的加速度传感器9采集滑台4受力锤6敲击后所形成的振动 信息，并将非电量的振动信息转换为对应的加速度输出信号；
[0076] 3-3)数据采集分析仪7分别采集加速度输出信号和力锤6敲击时的输入宽频力激 励信号并进行滤波、转换后，得到加速度输出数据，而后将加速度输出数据传至数据处理计 算机8中，在数据处理计算机8中将加速度输出数据转换为位移输出数据；
[0077] 3-4)根据位移输出数据，在数据处理计算机8中得到液体静压导轨在不同激振频 率下的力-位移传递函数。
[0078] 实施例9:
[0079] 本实施例是在实施例6或7或8的基础上进一步优化，如图1、图2、图3、图4所示，进 一步的为更好的实现本发明所述方法，特别采用下述设置方式:所述步骤4)具体为:得到不 同激振频率下的力-位移传递函数后，即可知传递函数的实部Gr( co )、虚部GM co )而后通过 数据处理计算机8上的计算软件程序完成如下计算：
[0080]
，计算获得不 同频率下的沁（《 )、M2 ( ? )值；
[0081] (2)根据公式:-?i2 ? M. MKcoO+K .MKcoihl.........公式2，
[0082]
;其中M、K、C、D为矩阵格式，MK ?i)、M2( ?i) 为激振频率为w i时的值；
[0087] (3)将公式2写成完整格式，则有：
[0090] (4)方程组1中一共有k ? n个方程，每个方程中含有两个未知量，因此在每个方程 中带入w i与《 (i+1)及对应的Mi( ? i)、M2( 〇 i)、Mi( ? (i+i))、M2( w (i+1))，就可以求出方程中的
从而得到激振频率在w i与《 (i+1)之 间时的质量矩阵M与刚度矩阵K;
[0091] (5)将公式3写成完整格式，则有：
[0093]转换为方程格式，则有：
[0095] (6)方程组2-共有k ? n个方程，每个方程中含有两个未知量，同样在每个方程中 带入〇 i与〇 (i+i)及对应的Mi( co i)、M2( 〇 i)、Mi( co (i+i))、M2( 〇 (i+i))，就可以求出方程中的未
从而得到激振频率在i与(i+l)之间时 的粘性阻尼矩阵C与结构阻尼矩阵D;
[0096] M为液体静压导轨质量矩阵;C为粘性阻尼矩阵;D为结构阻尼矩阵;K为液体静压导 轨刚度矩阵。
[0097] 实施例10:
[0098] 本实施例是在实施例6-9任一实施例的基础上进一步优化，如图1、图2、图3、图4所 示，一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的方法：
[0099] ( - )液体静压导轨整体阻尼包括粘性阻尼和结构阻尼，其中粘性阻尼主要由油膜 参数决定，结构阻尼则由导轨材料本身决定，根据受力条件建立液体静压导轨的振动方程， 如下：
[0100] Mx(t)+Cx(t) + (K+jD)x(t) = f (t)......方程式 4;
[0101] 式中，M为液体静压导轨质量矩阵;C为粘性阻尼矩阵;D为结构阻尼矩阵;K为液体 静压导轨刚度矩阵;x(t)为液体静压导轨振动时的时间-位移函数;f(t)为液体静压导轨 承受的时间-力函数，并且 B
[0102] (二)对方程式4做拉氏变换，有：
[0103] (-o2M+K)X( ? )+j( 〇C+D)X( ? )=F( ? )……方程式5;
[0104] 对方程式2进行整理后得公式6如下：
[0106] 取Mi( ? ) = (-?2M+K)-1.........公式7，
[0107] M2( ? ) = (-o2M+K)_1( ?C+D)=Mi( o )( oC+D)……公式8，
[0108] 整理后有：（I+jM2( ? ))X( ? )=Mi( ? )F( ? )……公式9;
[0109](三)根据控制理论传递函数的概念有：
[0111] 对公式10整理后有:X( ? )=G( ? )F( ? )....................................公式11;
[0112] 根据公知，我们知道传递函数包括实部和虚部，则公式11可写成：
[0113] X(co) = (GR(co)+jGi(co))F(co)............公式 12;
[0114] 式中，Gr( ?)表示传递函数的实部部分，&( ?)表示传递函数的虚部部分。
[0115] (四）观察公式9与公式12,发现两式中都有参数乂（《)、？（《)，将公式12带入公式9 中，可同时消去X(co)、F(co)4# :
[0116] Gr( ? )-M2( ? )Gi( ? )+j(M2( ? )Gr( ? )+Gi( ? )) =Mi( ? ).....................公式 13;
[0117] 公式13右边仅有施（《 )，且施（《 )为实数，所以公式13左边虚部之和必然为零，故 有：
[0119] 公式1中右边为系统传递函数的实部与虚部，可通过实验测试方法得出不同激振 频率《下的实部与虚部后，计算得到施（co )、M2( ? )。
[0120] (五)将(二)步中的? )、M2( ? )变换格式有：
[0122] 公式14中％( ? )、M2( ? )已经通过（四）计算得出，并已知激振频率《，则根据线性 化原理，取《及（《 +A ?)，即可算出在此激振频率下的液体静压导轨刚度矩阵与阻尼矩 阵。
[0123] 1)传感器的布设，应用中布设的测量传感器越多，辨识的结果越能反映系统的动 态特性，然而过多的传感器，不仅工作量巨大，使测试过程复杂，而且还可能导致测试精度 的下降，因此，在本方法应用中在四个矩形的油腔2上方的滑台4上共布设四个加速度传感 器9,在试验中将获得4X4阶的传递函数矩阵。采用蜂蜡来对加速度传感器9与滑台4进行连 接，使用加速度传感器(三向加速度传感器)对导轨的响应信号进行采集，后续处理时对加 速度信号进行两次积分便可得到该部位的振动位移信号。
[0124] 2)激振点的选择本方法使用力锤6在滑台4上表面几何中心进行敲击，输入宽频随 机信号，对导轨进行激励。
[0125] 3)测试方法，锤击激振试验采用单点激振、多点拾振的方法，固定力锤激振点，不 断移动三向加速度传感器的位置。在测试试验中，为了减少误差，采用在同一点多次触发， 取平均值的方法来计算最终的频响函数。试验共进行四组敲击，每次敲击获得频率响应函 数矩阵的一列，最终获得4 X 4阶的传递函数矩阵。
[0126] 4)试验设备本次测试使用德国M+P公司Dytran3032A三向加速度传感器、Vibpilot 动态测试与分析软件进行数据采集和分析。测试频率避开加速度传感器测试精度较差的低 频段，并涵盖机床的工作频率，选取测试频率范围为50Hz~600Hz。
[0127] 5)辨识结果，根据公式11、12，应用MATLAB软件编制算法对液体静压导轨结合部的 结构参数进行辨识。在辨识算法中，输入50Hz~1000Hz范围的两个角频率，即可获得导轨的 质量矩阵M、刚度矩阵K、粘性阻尼矩阵C、结构阻尼D。考虑到液体静压导轨结合部刚度、阻尼 的非线性，采用线性化原理，取《，《 +A co计算动态特性参数，在应用时，采用三向加速度 传感器，最终计算得到了X、Y、Z三个方向的刚度矩阵、粘性阻尼矩阵、结构阻尼矩阵与质量 矩阵。如表1、表2、表3所;^:。
[0128] 表1不同频率下液体静压导轨X向特性参数
[0130]表2不同频率下液体静压导轨Y向特性参数
[0133]表3不同频率下液体静压导轨Z向特性参数
[0135]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统，其特征在于：包括振动测试实验台 (5)、导轨（1)、压板(3)、滑台（4)，导轨（1)置于振动测试实验台（5)上方，滑台（4)通过压板 (3)设置在导轨（1)上，在压板(3)上设置有加速度传感器(9);还包括分析系统及力锤(6)， 力锤(6)连接在分析系统上，分析系统与加速度传感器(9)相连接。2. 根据权利要求1所述的一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统，其特征在于： 所述压板(3)设置在导轨（1)上，且压板(3)与导轨（1)形成一对U型空腔（10)，所述滑台（4) 的两端分别置于压板(3)与导轨（1)所形成的U型空腔（10)内。3. 根据权利要求2所述的一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统及方法，其特征 在于:置于U型空腔（10)内分别与导轨（1)及压板(3)相接触的所述滑台（4)的部位设置有油 腔(2)，且在油腔(2)内设置有液压油。4. 根据权利要求1-3任一项所述的一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统及方 法，其特征在于:所述加速度传感器(9)为4个且呈矩形设置在压板(3)上。5. 根据权利要求1-3任一项所述的一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统及方 法，其特征在于:所述分析系统内设置有相互连接的数据采集分析仪(7)和数据处理计算机 (8)，数据采集分析仪(7)分别与力锤(6)和加速度传感器(9)相连接。6. 采用权利要求1-5任一项所述的一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统实现 一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的方法，其特征在于:采用力锤(6)敲击滑台（4)，并 通过加速度传感器(9)收集压板(3)所输出的信号，并传输至分析系统内，在分析系统内实 现对液体静压导轨油膜结合部的刚度、粘性阻尼、结构阻尼矩阵的计算。7. 根据权利要求6所述的一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的方法，其特征在于： 所述辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的方法包括以下具体步骤： 1) 连接辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的系统:将加速度传感器(9)的输出接口和力 锤(3)的输出接口与数据采集分析仪(7)连接，数据采集分析仪(7)与数据处理计算机(8)连 接； 2) 布设加速度传感器(9):为得到准确的测试数据，在进行加速度传感器(9)设置时，将 加速度传感器(9)设置在油腔(2)的正上方的压板(3)上； 3) 模拟液体静压导轨工作时的工况，通过力锤(6)多次敲击滑台（4)的表面几何中心， 在滑台（4)上形成不同激振频率的振动，经过加速度传感器采集处理后得到不同的加速度 信号，数据采集分析仪(7)通过采集并处理不同的加速度信号和力锤(6)敲击时的输入宽频 力激励信号后，输入到数据处理计算机(8)中，在数据处理计算机(8)中将加速度响应转换 为位移响应，得到不同激振频率下的力-位移传递函数； 4) 使用数据处理计算机(8)上的计算软件程序，完成对液体静压导轨油膜结合部的刚 度、粘性阻尼、结构阻尼矩阵的计算。8. 根据权利要求7所述的一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的方法，其特征在于： 所述步骤3)包括以下具体步骤： 3-1)通过力锤(6)敲击滑台（4)表面的几何中心，使得压板(3)形成不同激振频率的振 动； 3-2)设置在油腔(2)上方的加速度传感器(9)采集滑台（4)受力锤(6)敲击后所形成的 振动信息，并将非电量的振动信息转换为对应的加速度输出信号； 3-3)数据采集分析仪(7)分别采集加速度输出信号和力锤(6)敲击时的输入宽频力激 励信号并进行滤波、转换后，得到加速度输出数据，而后将加速度输出数据传至数据处理计 算机(8)中，在数据处理计算机(8)中将加速度输出数据转换为位移输出数据； 3-4)根据位移输出数据，在数据处理计算机(8)中得到液体静压导轨在不同激振频率 下的力-位移传递函数。9.根据权利要求8所述的一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的方法，其特征在于： 所述步骤4)具体为:得到不同激振频率下的力-位移传递函数后，即可知传递函数的实部Gr (?)、虚部G:( co )而后通过数据处理计算机(8)上的计算软件程序完成如下计算：，计算获得不同频 率下的沁（《)、12(?)值； (2) 根据公式:-?i2 ? M ? MKcoO+K ? Mi( ?i) = I.........公式2，......公式3;其中M、K、C、D为矩阵格式，MK c〇i)、M2( ?i)为激 振频率为《1时的值；(3) 将公式2写成完整格式，则有：i，转换为方程格 式有：(4) 方程组1中一共有k ? n个方程，每个方程中含有两个未知量，因此在每个方程中带 入《 i与《 (i+1)及对应的Mi( ? i)、M2( w i)、Mi( ? (i+i))、M2( w (i+1))，就可以求出方程中的未知的质量矩阵M与刚度矩阵K;(5) 将公式3写成完整格式，则有： 从而得到激振频率在w i与《 (i+1)之间时 ，：转换为方程格式，则有：…方程组2; (6) 方程组2-共有k ? n个方程，每个方程中含有两个未知量，同样在每个方程中带入 w i与《 (i+i)及对应的Mi( ? i)、M2( 〇 i)、Mi( ? (i+i))、M2( w (i+i))，就可以求出方程中的未知量从而得到激振频率在w i与《 u + 1)之间时的粘 性阻尼矩阵C与结构阻尼矩阵D。
【文档编号】G01M7/02GK106052988SQ201610299120
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】颜凌云, 武鹏飞, 先柯桦, 陈秀梅
【申请人】四川建筑职业技术学院