4.1加入模拟振动源分析爬行

根据爬行的ADAMS仿真模型，在导轨加入模拟振动源[46~52]来模拟在现实中机床在 工作时导轨出现振动。基于ADAMS中的View平台，在导轨上添加移动副，加入驱动 速度，调整合适的速度参数，设置驱动速度仍为8mm/s,工作台质量15Kg,静动摩擦系数 之差为0.05,系统的弹簧刚度和阻尼分别为1000N/mm和IN.s/mm ,后加入的移动副参 数设置最初值为零，在此参数下仿真结果图和图3.2一致。添加了移动副的ADAMS 模型图如下所示：

图4.1加入振动源的爬行ADAMS仿真模型

将图4.2与图3.2比较可以看出，通过在导轨上加入虚拟振动源能够改善爬行，模型 在自身运动出现爬行现象时，导轨不断输入模拟的振动源来抵消模型自身产生的振动， 来减少爬行。在振幅不变的情况下，单纯分析频率，在一定周期内，频率越大对改善爬 行越有帮助，可以预计到，在不同的周期中不同频率会对爬行造成不同的影响。在图4.2(a) 中，当运动函数为sin(8t)时，进给系统在4.53s以前出现持续的速度波动，4.53s以后速 度波动消失，速度趋于稳定，且速度波动达到79.61mm/s，其加速度曲线图对应图 4.3(a)从图中可以看出正向加速度和反向加速度值分别为25135mm/s_2和-9903mm/s_2; 图4.2(b)当运动函数为sin(15t)时，进给系统在2.4s以前出现持续的速度波动，2.4s以后 速度趋于稳定，且速度波动值为89.63mm/s,对应图4.3(b)从图中可以看出正向加速度 和反向加速度值分别为21832mm^2和-14658mm/s'图4.2(c)当运动函数为sin(18t) 时进给系统在1.83s以前出现持续的速度波动，1.83s以后速度趋于平稳达到驱动速度， 且速度波动出现的值为69.52mm/s对应图4.3(c)从图中可以看出正向加速度和反向加 速度值分别为19375mm^2和-18450mm^2;图4.2(d)当运动函数为sin(24t)，进给系 统在0.7s以前出现速度波动，0.7s以后速度波动消失，达到了预设的驱动速度，且速度 波动出现的值为38.47mm/s,对应图4.3(d)从图中可以看出正向加速度和反向加速度 值分别为 18999mm/s_2 和-9022mm/s_2。

根据图4.2和图4.3的比较分析后，将频率从8到24 (总共17个频率值）依次进行 仿真，通过对频率从8到24的运动分析得到了频率与爬行持续时间的关系曲线图如图 4.4所示；频率与速度波动时速度的关系曲线图，如图4.5所示；以及频率与正 向加速度和反向加速度的关系曲线图，如图4.6所示。

从图4.4中可以看出，随着频率的增大，振动持续的时间与频率关系呈现不规则的 变化，但是总体上看，却是先减小后增大再减小的波动状态，在图中频率为9和17对应 的振动持续时间为5s，说明在整个仿真时间断内，系统一直处于爬行状态，而且从图4.4 也可以看出，当频率为12时振动持续的时间最短；从图4.5可以看出，速度波动的 速度与频率的关系也是呈现不规则的变化，可以看出当频率为9、15和17时速度都 达到了 90mm/S,并且在整个频率变化的过程中，出现了多次不同频率却有着相同波 动速度的情况，如频率为13与14及频率为21与22时的情况，这也说明了，改变频率 不一定会改变速度波动的值，并且图4.5显示，当频率为12时速度波动的值最 小；从图4.6中可以看出：相比较正向加速度变化，反向加速度变化相对较稳 定，在频率为11和12时正向加速度最小，且频率为12与频率为13时及频率为10与频率为11的正向加速度变化率，当频率为22时系统反向加速度最小， 通过图4.4到图4.6三幅图的综合分析可以看出，当频率为12时，不仅进给系统的振动 持续时间最短，而且速度波动的值也是最小的，由此可知在所选的17组频率中，当 频率为12时，振动对爬行现象的改善。图4.7为当频率为12时系统的速度变 化曲线图（左）和加速度变化曲线图（右）。

为了进一步细化改变加入振动频率对系统爬行现象的改善效果，对频率为12附近的 频率进行深入分析，将频率分别设定为11.7、11.8、11.9、12、12.1、12.2、12.3,则仿真 对应的速度变化曲线图如图4.8所示（频率为12的速度变化曲线图如图4.7 (左））。

从图4.8可以看出当频率为11.7和12.3时系统的速度波动很大，而且几乎存在于整 个仿真时间段内，即这两个频率的爬行现象明显，当频率为12.2时爬行持续时间为2s， 而频率在11.8到12.1之间时系统的速度变化处于稳定状态。所以通过分析发现，当加入 的振动频率保持在11.8到12.1之间时系统的爬行现象改善。从加速度变化曲线 图也可以得到相同的结论，如图4.9所示。

图4.9不同频率下系统加速度变化曲线图

通过以上的分析可以看出：在运用同振幅不同频率的振动来改善进给系统爬行的过 程中，选择不同的频率对爬行改善效果变化较大，规律表现不明显，通过对选择频率8 到24区间内的运动进行仿真模拟，发现当频率为12时振动对机床进给系统的爬行现象 改善，进一步对频率12附近的频率进行细化分析发现，当振动的频率选择在11.8 到12.1之间时对爬行现象的改善可以得到很好的效果。即通过上述仿真得到了同振幅下 频率的区间为11.8到12.1。

当振动函数设置为4sin(8t)时，爬行持续时间为2.73s，在爬行 持续时间内，速度波动值为88.48mm/s,期间对应的加速度变化曲线如图4.11中的 4sin(8t)，图中显不正向加速度为18918mm/s2，反向加速度为-11679mm/s2;当 振动函数设置为9sin(8t)时，爬行持续时间为3.17s，在爬行持续时间内，速度波动值 为69.31mm/s,期间对应的加速度变化曲线如图4.11中的9sin(8t)，图中显示正向加速 度为18738mm/s2,反向加速度为-17895mm/s2;当振动函数设置为16sin(8t)时，爬行 持续时间为2.3s,在爬行持续时间内，速度波动值为78.49mm/s,期间对应的加速度 变化曲线如图4.11中的16sin(8t)，图中显示正向加速度为25037mm/s2,反向加 速度为-11911mm/s2;当振动函数设置为21sin(8t)时，爬行持续时间为5s,即在仿真的整 个时间段内，系统爬行现象并未消失，在爬行持续时间内，速度波动值为69.31mm/s, 期间对应的加速度变化曲线如图4.11中的21sin(8t),图中显示正向加速度为 19499mm/s2,反向加速度为-14382mm/s2。根据上面的变化规律，将频率为8且幅值 为4到21的17组数据进行仿真分析，根据每组不同频率的结果，绘制了幅值与爬行持 续时间关系曲线如图4.12所示、幅值与速度波动值关系曲线如图4.13所示以及幅值 与正向加速度和反向加速度变化曲线。

随着幅值的变化，爬行持续的时间处于波动状态，即改变幅值对 于爬行持续时间并不能找出一定的规律性变化，图中爬行持续时间超过5s时意味着在整 个仿真时间段内，爬行现象并未消失，对应设定的参数并不能消除或改善爬行现象。然 而在选择的17组幅值中，当幅值为7和20时爬行持续时间相近且最短，其次是幅值为 6和17时的爬行持续时间较短。从图4.13中可以看出当幅值为6时速度波动的值最 小，其次是幅值为20时的速度波动值较小。从图4.14可以看出当幅值为20时爬行 过程中正向加速度和反向加速度最小。故综合图412到图4.14的分析可以得出， 在选择的17组幅值中，当幅值为20时，产生的振动对机床进给系统爬行现象改善。当加入振动的幅值为20时，机床进给系统的速度变化曲线如图4.15 (a)，加速 度变化曲线如图4.15 (b)。

图4.15运动函数设定为20sin (8t)时系统进给速度和加速度变化曲线

比较图4.2 (a)，图4.3 (a)和图4.15可以看出，当输入振动振幅为20时对系统爬

行有很好的改善效果。

为了进一步细化改变加入的振动振幅对系统爬行现象的改善效果，对振幅为20附近 的振幅进行深入分析，振幅设定分别为19.7、19.8、19.9、20、21.1、21.2、21.3,则仿真 对应的速度变化曲线图如图4.16所示（幅值为20的速度变化曲线图如图4.15 (a))。

由图4.16及图4.15 (a)可以看出在幅值小于20和大于20.1时，系统爬行现象明 显，而当幅值在20到20.1之间时，爬行持续时间最短，速度变化最小，所以得到了当 输入的振动频率为8时改善爬行现象的幅值范围为20到20.1。通过对不同幅值速度 曲线的分析，相对应的加速度的变化曲线也可以得到相同的结论，如图4.17所示。