机械装配动态质量量化指标的逆子结构分析与实验研究

摘要

机电产品是由许多零部件通过一定的联结方式和耦合形式装配成一个整体来完成预定功能，装配工艺对装配结构及其联结件或耦合界面的动态传递性能产生影响。产品在运行中易受到外界激励而导致产品产生动态质量问题，包括振动、噪声与操控稳定性等。机械装配动态质量的优劣直接影响产品整体的动态质量。现有机械装配质量控制主要集中在诸如公差与尺寸协调性等静态质量指标的检测与评价，而在机械装配动态质量方面尚缺少有效的检测评价方法，相关研究也较为欠缺。 鉴于逆子结构动态分析—逆子结构法这一机械结构动力学领域新近发展的技术理论方法的特点，本文在全面梳理和系统介绍其关键理论之后，针对机械装配动态质量的量化评价指标这一基本问题展开深入研究，着重围绕影响装配动态质量的两个关键度量—装配耦合动刚度和装配动态质量矩阵，应用逆子结构法进行探索性理论分析与实验研究工作。 首先，为检验逆子结构法辨识装配耦合动刚度这一机械装配动态质量量化评价指标的有效性，针对五种间接逆子结构法(间接法)展开研究：（1）建立了基于频率响应函数(FRF)的三点耦合和四点耦合机械装配件系统的二级子结构集总参数分析模型，以第一种间接法为研究例，仿真计算了装配耦合动刚度，并与直接逆子结构法(直接法)的计算结果和给定值进行分析比较，校验了间接法辨识装配耦合动刚度的理论完备性与适用条件；（2）设计加工了典型机械装配“两点、线、面”耦合结构系统的二级子结构实验模型，用激振测试获取它们应用逆子结构法辨识装配耦合动刚度所涉及的装配前的部件水平和装配后的系统水平的FRF数据；（3）针对“点”耦合装配件系统实验模型，分别采用五种间接法以实验数据计算装配耦合动刚度，并与直接法辨识结果和实测值进行分析对比，实验验证了五种间接法对“点”耦合装配耦合动刚度辨识的应用有效性；（4）针对“线、面”耦合装配件系统实验模型，分别采用第一和第二种间接法辨识装配耦合动刚度，得出了一致的结果，验证了它们辨识“线、面”耦合装配耦合动刚度的应用有效性。 为完善逆子结构法检测机械装配动态质量的量化指标体系，本文还应用本征值分析探讨了机械装配工艺对耦合结构动态传递特性的影响，提出采用装配动态质量矩阵的平均本征值模数作为评价机械装配动态质量的另一量化指标，并建立了其量化计算公式。采用两点耦合装配件系统的二级子结构集总参数分析模型和相应的实验模型，探索性研究了该量化指标的应用可行性。 本文获得的理论分析与实验研究结果为应用逆子结构法检测机械装配动态质量进一步奠定了理论基础，对于完善机械装配动态质量检测的技术方法具有创新性学术价值，对其工程应用具有指导意义。

目录

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本文的主要内容与创新点

第二章 机械装配逆子结构动态分析理论

2.1 子结构动态分析方法

2.2 机械装配逆子结构动态分析

2.3 逆子结构辨识装配耦合动刚度

2.4 本章小结

第三章 间接逆子结构法辨识装配耦合动刚度的数值分析

3.1 三点耦合装配件系统集总参数模型分析

3.2 四点耦合装配件系统集总参数模型分析

3.3 本章小结

第四章 逆子结构辨识装配耦合动刚度实验研究

4.1实验设计

4.2 两点耦合二级子结构装配耦合动刚度计算

4.3 线耦合二级子结构装配耦合动刚度计算

4.4 面耦合二级子结构装配耦合动刚度计算

4.5 本章小结

第五章 本征值计算与分析

5.1 装配工艺对子结构部件FRF的影响

5.2 集总参数模型本征值分析

5.3 动态质量矩阵本征值分析

5.4 实验模型本征值分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要研究工作总结

6.2 尚待研究的问题

参考文献

致谢