颗粒阻尼及磁流变复合减振镗刀优化设计及仿真研究

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镗削加工过程中极易产生的颤振问题严重制约产品质量,尤其是在精密孔、深孔加工中。同时因为加工刀具长径比过大带来的刚度较低使得该现象尤为严重。普通镗刀难以保证加工要求,因此研究大长径比复合减振镗刀具有重要的意义。本文针对镗削加工中极易发生的颤振问题以及大长径比刀具刚度较低导致的精密孔加工质量难以保证等加工难题,提出了将磁流变减振和颗粒阻尼减振两种减振方式结合在大长径比镗刀中,不仅可以通过阻尼颗粒之间以及与腔体的相互摩擦碰撞消耗能量,还可以利用磁流变减振实时、快速的改变复合减振镗刀的固有频率以抑制镗削过程中颤振的发生,达到抑颤的目的。本文首先对复合减振镗刀的颤振机理进行分析,建立了复合减振镗刀动力学模型,得出了系统刚度、阻尼、固有频率对系统镗削稳定性的影响。以正交试验为基础,通过ANSYS磁路仿真设计了磁流变减振系统并对其结构参数进行优化,通过锤击实验以及切削力实验确定了颗粒阻尼减振参数,设计了复合减振镗刀。其次通过ANSYS对其进行动力学仿真,验证其良好的抑振性、调控性。最后使用Simulink软件对其动力学方程进行仿真,进一步验证其良好的抑振性以及调控的实时性,为复合减振镗刀进一步的理论研究及实际应用提供依据。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
1 绪论第10-21页
    1.1 课题背景及研究意义第10-11页
    1.2 镗削颤振的产生机理第11-12页
    1.3 减振镗刀的发展第12-15页
        1.3.1 被动减振技术第12-14页
        1.3.2 主动减振第14-15页
        1.3.3 半主动控制第15页
    1.4 颗粒阻尼减振技术研究概况第15-17页
        1.4.1 颗粒阻尼技术减振机理第15-16页
        1.4.2 颗粒阻尼国内外研究现状第16-17页
    1.5 磁流变减振技术国内外研究现状第17-19页
    1.6 本文研究内容第19-21页
2 磁流变液的基本性能和动力学特性第21-27页
    2.1 磁流变液的组成和分类第21页
    2.2 磁流变效应及流变机理第21-23页
        2.2.1 磁流变效应第21-22页
        2.2.2 磁流变液的流变机理第22-23页
    2.3 磁流变效应影响因素第23-24页
    2.4 磁流变减振装置的工作模式第24-25页
    2.5 磁流变减振装置动力学模型第25-26页
    2.6 小结第26-27页
3 复合减振镗刀镗削稳定性分析第27-38页
    3.1 镗削稳定性研究第27-30页
    3.2 镗削参数对镗削稳定性的影响第30-32页
    3.3 复合减振镗杆镗削稳定性研究第32-37页
        3.3.1 复合减振镗杆工作原理第32-33页
        3.3.2 复合减振镗杆动力学建模第33-34页
        3.3.3 镗削过程中刚度对稳定性的影响第34-35页
        3.3.4 镗削过程中阻尼对稳定性的影响第35-36页
        3.3.5 镗削过程中固有频率对稳定性的影响第36-37页
    3.4 小结第37-38页
4 复合减振镗刀的磁路正交优化第38-53页
    4.1 磁路设计理论第38-45页
        4.1.1 影响磁路设计的因素第38-39页
        4.1.2 模型的建立第39页
        4.1.3 材料的选择第39-40页
        4.1.4 磁路设计基本公式第40-42页
        4.1.5 磁流变减振系统的关键参数第42-45页
    4.2 基于正交试验的磁路结构参数仿真优化第45-49页
        4.2.1 正交试验方案的确定第45-46页
        4.2.2 磁流变减振系统的ANSYS仿真第46-49页
    4.3 正交试验极差分析第49-50页
    4.4 正交试验方差分析第50-52页
    4.5 小结第52-53页
5 复合减振镗刀的设计与动力学仿真第53-75页
    5.1 复合减振镗刀的结构及工作原理第53-56页
        5.1.1 复合减振镗刀的结构第53-55页
        5.1.2 复合减振镗刀的装配第55-56页
        5.1.3 复合减振镗刀的工作原理第56页
    5.2 密封的实现第56-57页
    5.3 镗杆的设计第57-58页
        5.3.1 镗杆材料的选择第57页
        5.3.2 镗杆结构参数的设计第57-58页
    5.4 颗粒阻尼减振参数的确定第58-66页
        5.4.1 锤击实验第58-62页
        5.4.2 切削力实验第62-66页
        5.4.3 颗粒阻尼减振参数的确定第66页
    5.5 复合减振镗杆模拟仿真第66-71页
        5.5.1 模态仿真及结果分析第66-70页
        5.5.2 复合减振镗杆谐响应及结果分析第70-71页
    5.6 复合减振镗刀颤振控制仿真第71-73页
    5.7 小结第73-75页
6 总结与展望第75-77页
    6.1 总结第75-76页
    6.2 展望第76-77页
参考文献第77-82页
攻读硕士期间发表的论文及所取得的科研成果第82-83页
致谢第83-84页
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