一种基于外差理论的栓接结合部性能评估方法

本发明属于高性能以及精密装配，涉及信号采集和处理，联合外差理论和螺栓连接刚度降价模型，实现栓接系统结合部性能实时评估。

背景技术：

1、实时评估栓接结合部性能是公认的难题。螺栓连接是高端数控机床装配的重要组成部分，栓接结构受到内外因素长期累积影响，不可避免的发生螺栓预紧力松弛与结合部刚度退化等表征的宏观力学行为，导致栓接结合部性能退化，严重影响高端数控机床可靠性和精度保持性。为了量化表征栓接结合部性能，将实验数据和理论模型相结合，引入外差理论和螺栓连接刚度降价模型，提出一种基于外差理论的栓接结合部性能评估方法，揭示栓接结合部性能退化行为，解决栓接结合部性能实时评估难的问题。本发明为高端数控机床栓接性能预测与评估，以及整机精度保持性提供技术支撑，有效提升国产高端机床产品的核心竞争力。

技术实现思路

1、本发明的关键是推导激励频率fb、共振频率(基频)f和时域信号δt之间的数学表达方程，根据螺栓连接刚度降阶模型，建立一种栓接结合部性能实时评估模型。

2、具体而言，技术方案如下：

3、步骤1搭建栓接结构测试系统；

4、该系统主要包括栓接结构、信号发生器、功率放大器、激振器、阻抗传感器以及加速速度传感器等。所述栓接结构的两端为悬臂梁结构，栓接结构的中间为螺栓连接结构，螺栓连接结构将栓接件连接固定；两端为悬臂梁结构分别为激振点和测试点，激振点通过阻抗传感器与激振器连接，测试点通过加速速度传感器与采集系统连接；信号发生器通过功率放大器与激振器连接。所述阻抗传感器与采集系统连接。

5、步骤2推导频域-时域数学方程；

6、通过信号发生器和功率放大器控制和调节激振器的激振频率fb和幅值来激励任意栓接结构，利用采集系统获取栓接结构衰退的加速度信号。具体地，以激振器停止工作为开始，解析加速度传感器衰荡时域信号，读取稳定衰荡正弦曲线任意相邻波峰时间间隔δt，基于外差理论，激励频率fb、共振频率(基频)f和时域信号δt之间的数学表达方程为：

7、

8、步骤3提出栓接结合部性能实时评估模型；

9、moore提出螺栓连接刚度降阶模型为：

10、

11、式中，初始螺栓连接刚度km；螺栓初始拧紧力矩tm；任意拧紧力矩t；α,β为力矩相关拟合系数。

12、将式(2)等效类比得：

13、

14、式中，f0为栓接结构有限元模态一阶频率；α′,β′为频率相关拟合系数。

15、通过式(1)获得实时状态下栓接结构系统的共振频率，然后代入式(3)即可得到实时状态下螺栓连接刚度，实现栓接结合部性能实时评估。

16、本发明具有以下优点和积极效果：1.提出了激励频率fb、共振频率(基频)f和时域信号δt之间的数学表达方程，实现了栓接结构系统共振频率的实时检测；2.提出了一种基于外差理论的栓接结合部性能评估方法，解决了栓接结合部性能量化和表征的难题，实现了栓接结合部性能实时评估。

17、摘要附图

18、下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

19、图1栓接结构测试系统。

20、图2为基频-螺栓连接刚度曲线图。

技术特征：

1.一种基于外差理论的栓接结合部性能评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于外差理论的栓接结合部性能评估方法，属于高性能以及精密装配技术领域。基于光声外差原理，推导激励频率f<subgt;B</subgt;与栓接结构共振频率(基频)f之间满足时域信号Δt的数学表达式，以螺栓连接刚度降阶模型为参考，提出一种实时频率的栓接结合部性能评估模型。引入外差理论，结合简谐激励信号和栓接系统响应衰荡信息，解析栓接结构共振实时频率，建立一种实时频率的栓接结合部性能评估模型，解决栓接结合部性能实时评估难的问题，对国产高端装备性能和精度提升具有重要的指导意义。技术研发人员：姜凯受保护的技术使用者：重庆理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1