【正文】 理論分析 振動(dòng)的產(chǎn)生，一旦達(dá)到一定的振動(dòng)幅度，阻尼器將開(kāi)始滑動(dòng)，由此引起阻尼器的主體結(jié)構(gòu)和界面的摩擦，從而耗散振動(dòng)能量，并防止振幅不斷增大甚至超出極值振幅。磁鐵可以是不可分割的或者是可分割的都行。阻尼器受一定的速度影響才能有效的發(fā)揮其功能，因此不能適用于抑制低頻振動(dòng)。 37 參考文獻(xiàn)： [1] 成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021 [2] 劉松主編 .有限元分析在鏜桿設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021 [3] 傅志方 .振動(dòng)模態(tài)與參數(shù)識(shí)別 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 , [4] 王守信，董紹華等 .銑床振動(dòng)模態(tài)分析研究 [N].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古民族師范學(xué)院學(xué)報(bào)， [5] 廖念釗 主編 .互換性與技術(shù)測(cè)量 [M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社， 1998 [6] 王先上 .車(chē)床振動(dòng)的自動(dòng)控制 [N].北京：機(jī)械工程學(xué)報(bào) ,1986 [7] 張杰斌，張涌 .減振原理在鏜桿上的應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 , [8] 郭長(zhǎng)城 .應(yīng)用減振器控制振動(dòng)的兩個(gè)實(shí)例 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 , [9] 王民等 .切削系統(tǒng)可變剛度結(jié)構(gòu)及其顫振控制方法的研究 [N].北京：機(jī)械工程學(xué)報(bào) ,2021 [10] 王世龍，王麗娜 .提高鏜桿剛度的一種措施 [N].吉林：吉林工學(xué)院學(xué)報(bào)， 1999 [11] 陳曉 霞 . 高級(jí)分析 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021 [12] 李啟堂，胡榮生 .動(dòng)力吸振器在鏜桿中的應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,1997 附件 在精鏜中提供穩(wěn)定高頻振動(dòng)的摩擦阻尼器 Evita Edhi, Tetsutaro Hoshi 摘要 在精鏜過(guò)程中防止發(fā)生超過(guò) 10000Hz的高頻振動(dòng)而造成刀具壽命降低問(wèn)題的摩擦阻尼器已研制成功。 36 結(jié)論 本文對(duì)內(nèi)置式動(dòng)力減振鏜桿進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并建立了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。 Optimization：優(yōu)化分析，在給定的設(shè)計(jì)參數(shù)的變化范圍內(nèi)，可以獲得目標(biāo)對(duì)象達(dá)到最優(yōu)值時(shí)的參數(shù)組合． 5． 7 設(shè)計(jì)參數(shù)變量化 不論是迸行設(shè)計(jì)研究和試驗(yàn)設(shè)計(jì)，還是進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，都必須將設(shè)計(jì)參數(shù)定義成變量。選擇外部節(jié)點(diǎn)，運(yùn)行 ANsYS 的宏命令 ADAMS 生成 ADAMS 程序所需的模態(tài)中性文件。可得到如圖 4— 6的有限元模型。 對(duì)建立的幾何模型劃分網(wǎng)格，生成包含節(jié)點(diǎn)和單元的有限元模型。 4． 1． 2 模型的建立 在建立模型前需做如下假設(shè)： 1．裝配間隙為零，制造誤 差忽略不計(jì)； 2．橡膠圈和阻尼液由線性彈簧和線性阻尼代替； 3．除了彈性元件 —— 鏜桿桿體外，各部件均視為剛體。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)減振塊時(shí)，應(yīng)選擇密度大的材料，并在盡量使減振塊體積比較大的情況下合理選擇減振腔的結(jié)構(gòu)。為了研究鏜桿系統(tǒng)在各種工況下的振動(dòng)幅值，就必須研究振動(dòng)模型在整個(gè)頻域內(nèi)的幅頻響應(yīng)特性。而在動(dòng)力學(xué)仿真當(dāng)中可以采用參數(shù)化的設(shè)計(jì)使減振塊的質(zhì)量為一變量，從而使減振模型適合不同密度的減振塊 16 的分析。 3． 4 阻尼液的選取 為了選用合理的材料作為阻尼液，先把阻尼液的參數(shù)假定，經(jīng)過(guò)仿真后再確定阻尼液的最佳參數(shù)值。這樣就使振動(dòng)最小化，切削工況最優(yōu)化。 10． ANSYS 系列的各種產(chǎn)品和適應(yīng)于各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)的版本為用戶(hù)提供了各種可能的選擇。 1． 4． 2 建立減振系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 1)簡(jiǎn)化模型； 2)建立動(dòng)力學(xué)方程； 3)解方程，得到各參數(shù)之間的關(guān)系． 13 第 2 章 有限元分析軟件 ANSYS 2． 1 有限元分析軟件 ANSYS 簡(jiǎn)介 ANSYS 軟件誕生于上世紀(jì) 70 年代，在有限元的發(fā)展史上，一直作為一個(gè)重要成員存在，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，生存下來(lái)并不斷發(fā)展壯大，目前是世界上最 有影響的有限元軟件之一。從材料力學(xué)的角度進(jìn)行分析可以知道，這種刀具利用了細(xì)長(zhǎng)杠桿的端部應(yīng)力的邊緣效應(yīng)，即杠桿端部受垂直于杠桿的作用力時(shí)，杠桿端部靠上的那部分的內(nèi)應(yīng)力比較小，因此可以忽略不計(jì)。當(dāng)鏜桿受到一個(gè)持續(xù)的 切削力時(shí)，稈長(zhǎng)從桿直徑的 4 倍增加到 10 倍時(shí)偏差將增加 16 倍。 本文借鑒了國(guó)外先進(jìn)的鏜桿制造技術(shù)，采用內(nèi)置式動(dòng)力減振的結(jié)構(gòu) 來(lái)增加鏜桿的動(dòng)剛度，并對(duì)動(dòng)力減振鏜桿進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立了減振系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。讀閱相關(guān)書(shū)籍了解鏜削加工的具體方式，各種方式適用的條件，鏜削加工所能達(dá)到的精度情況。 3 。切削加工技術(shù)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，并且要求越來(lái)越高，特別是對(duì)加工精度的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。但是，由于受加工工件尺寸的限制，改變這兩個(gè)參數(shù)是不現(xiàn)實(shí)的．另外，通過(guò)減少切削用量來(lái)降低切削力也可以達(dá)到減少鏜桿變形量的目的，但這樣勢(shì) 必會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，而且在某些情況下，即使減小切削力也不能達(dá)到加工要求，所以這也不是最好的解決方法 為解決此類(lèi)問(wèn)題，本文采用內(nèi)置式動(dòng)力減振結(jié)構(gòu)的防振鏜桿，它可以在造價(jià)相對(duì)比較低的情況下，實(shí)現(xiàn)較大長(zhǎng)徑比。如圖 1． 2 所示，這種鏜桿的原理簡(jiǎn)單，其鑲嵌在桿兩側(cè)的硬質(zhì)材料和刀體粘結(jié)程度是影響鏜桿質(zhì)量的關(guān)鍵因素。 1．前處理模塊它為用戶(hù)提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶(hù)可以方便地構(gòu)造有限元模型，軟件提供了 100 種以上的單元類(lèi)型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料 2．分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析 (可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析 )、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的禍合分析，可模擬多物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。對(duì)于給定減振塊的減振系統(tǒng)的減振效果由減振塊所在點(diǎn)的振動(dòng)幅值來(lái)確定。硅油是一種比較好的液體阻尼材料，很多國(guó)外的刀具選用硅油作為減振鏜桿的阻尼材料，下面是一些硅油阻 尼材料，我們將對(duì)他們的特性進(jìn)行分析比較。 金屬橡膠彈簧具有一系列優(yōu)點(diǎn)： 1．可以根據(jù)需要選擇金屬和橡膠的結(jié)構(gòu)形式，調(diào)整橡膠配方和成形工藝來(lái)控制彈性系數(shù)，以滿(mǎn)足各項(xiàng)剛度和強(qiáng)度的要求； 2．有適當(dāng)?shù)淖枘?，有利于越過(guò)共振區(qū)，衰減和吸收高頻振動(dòng)與噪音； 3．沖擊剛度大于動(dòng)剛度和靜剛度，有利于緩和沖擊； 4．體積小，重量輕，免維修。減振塊體積的選取受到內(nèi)孔的限制，在設(shè)計(jì)中選用長(zhǎng)為 120ram、半徑為 10mm 的圓柱體。 17 在圖 3． 3 中為簡(jiǎn)化模型的方便，選取了鏜桿桿體內(nèi)孔的中心點(diǎn) (即圖 3． 2 中的 A 點(diǎn) )作為研究振動(dòng)的點(diǎn)，鏜桿的質(zhì)量將被集中在這一點(diǎn)，可以認(rèn)為有一個(gè)質(zhì)量塊等效地加在這一點(diǎn)，等效質(zhì)量塊的質(zhì)量就是鏜桿的當(dāng)量質(zhì)量，鏜桿在此研究點(diǎn)的剛度被看作是彈簧的彈性系數(shù) kl。而徑向跳動(dòng)量的減小是通過(guò)鏜桿內(nèi)的減振單元與桿體的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)該減振系統(tǒng)的研究屬于多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)范疇。這是因?yàn)樗⒌亩鄤傮w動(dòng)力學(xué)模型的自由度為 0，而在 ADAMS 中的剛性形體又是不可變形的，因此，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)不可動(dòng)的 機(jī)械系統(tǒng)。 4． 2． 1． 1 單元類(lèi)型和材料參數(shù) 在有限元分析模型的建立過(guò)程中，首先要選擇單元類(lèi)型和材料參數(shù)。 在一般的整合程序中， CAD 軟件的功能將被用來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?，并將零部件的?shí)體模型組裝成系統(tǒng)的實(shí)體模型。利用 ADAMS 的自動(dòng)優(yōu)化功能對(duì)減振系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行頻域內(nèi)的優(yōu)化，求出系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)，從而保證系統(tǒng)在整個(gè)頻域內(nèi)都有一個(gè)好的減振效果． 5． 1 減振系統(tǒng)固有頻率的求取 對(duì)有減振腔但沒(méi)加減振單元的多柔體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行頻域內(nèi)的分析，分 析結(jié)果如圖5 噸所示。 31 2．當(dāng)測(cè)量顯得繁瑣而不容易實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要使用目標(biāo)函數(shù)對(duì)象。從對(duì) 設(shè)計(jì)研究的分析結(jié)果，得到了鏜桿系統(tǒng)各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響。在鏜削過(guò)程中這種新型阻尼器能夠有效的防止超過(guò) 5000赫茲的 顫振。 本研究的目的是為了分析抑制高頻振顫阻尼器的有效性及其阻尼特性。 將內(nèi)表面是由旋轉(zhuǎn)刀具鏜加工的環(huán)型工件準(zhǔn)備好。 首先采用隨機(jī)激勵(lì)確定主體結(jié)構(gòu)的固有頻率。每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)兩次，其中一次在鏜刀系統(tǒng)中安裝阻尼器，而另一次不安裝。上限用以保護(hù)運(yùn)行中的阻尼器。阻尼能力是通過(guò)以下方面產(chǎn)生的：（ 1）包含在刀具系統(tǒng)接口處的某些微量滑動(dòng)；（ 2）在晶界滑移內(nèi)部振動(dòng)引起的阻尼損耗（內(nèi)耗）；（ 3）在主振動(dòng)結(jié)構(gòu)和振動(dòng)阻尼器接口處的摩擦。說(shuō)明動(dòng)力減振鏜桿的減振效果明顯，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。從圖 5． 1l可 以看出刀刃在頻域內(nèi)的跳動(dòng)量曲線有兩個(gè)極值點(diǎn)，在 2． 5E+005～ 1． 0E+006 范圍內(nèi)隨著彈簧剛度系數(shù)的增大第二個(gè)極值點(diǎn)迅速向右移動(dòng)，而第一個(gè)極值點(diǎn)變化不大，但總體趨勢(shì)是增大的。 30 從仿真分析所得的數(shù)據(jù)和對(duì)各種模型在整個(gè)頻域內(nèi)的幅值響應(yīng)曲線的對(duì)比可得到如下結(jié)論：鏜桿桿體的減振內(nèi)孔使鏜桿的固有頻率有所提高，加了減振單元的減振鏜桿在整個(gè)頻域內(nèi)的 最大振動(dòng)幅值大大地減小了． 5． 6 參數(shù)化分析 ADAMS／ View 的參數(shù)化分析功能可以分析設(shè)計(jì)參數(shù)變化對(duì)樣機(jī)性能的影響。柔性體對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)有很大影響，如果在動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程中不考慮柔性體的影響，必然會(huì)造成較大的誤差；同樣，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中柔性構(gòu)件的邊界條件和載荷則決定了柔性體中的應(yīng)力應(yīng)變分布。對(duì)于梁和殼單元類(lèi)型， ANSYS 可以通過(guò)給定的截面直接計(jì)算出所需的實(shí)常數(shù)，而不需手工一一計(jì)算和指定嘲。建立幾何模型時(shí)，原則上應(yīng)盡量準(zhǔn)確地按照實(shí)際物體的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)建立，但對(duì)于結(jié)構(gòu)形式非常復(fù)雜，而對(duì)于要分析的問(wèn)題來(lái)講又不是很關(guān)鍵的局部位置，在建立幾何模型時(shí)可以根 據(jù)情況對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，以便降低建模的難度，節(jié)約工作時(shí)間。 ADAMS 自動(dòng)為每一個(gè)部件選擇一個(gè)基點(diǎn)。在設(shè)計(jì)有阻尼動(dòng)力減振器時(shí)，應(yīng)保證減振器在整個(gè)頻率范圍內(nèi)，都有較好效果，為此，應(yīng)使 P、 0 兩點(diǎn)的縱坐標(biāo)相等，而且成為幅頻響應(yīng)曲線的最高點(diǎn)。 3． 9. 1 減振系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 對(duì)減振系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，并建立簡(jiǎn)化系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程也是很必要的。“重合金”這類(lèi)材料通常為密度很高，超過(guò) 1 7∥ cm3 的鎢基合金。 2．高粘度乙基硅油外觀無(wú)色或淡黃色液體， 20℃粘度 (MPa為了達(dá)到理想的減振效果，減振塊必須選用密度值非常大的材料。 、 5．多種求解器分別適用于不同的問(wèn)題及不同的硬件配置。但是大部分的減振措施都是在工藝 上進(jìn)行改良或是在加工過(guò)程中采用一些技巧。但在進(jìn)行鏜孔加工的時(shí)候，鏜桿是在被加工的工件內(nèi)，鏜桿的尺寸和形狀都要受到一定的限制，造成了刀具的剛度較低，特別是在孔徑較小、孔深值比較大的情況下，鏜桿的剛度將會(huì)更小．由于，在切削時(shí)，剛度較低的情況下很容易引起切削振動(dòng)，因此為了減少振動(dòng)應(yīng)盡量增大鏜桿的動(dòng)剮度。為了提高工件的綜合性能來(lái)達(dá)到某些特殊的要求，需要一次成型，所利用的刀具必須實(shí)現(xiàn)特殊功能。而用傳統(tǒng)的方 法是不可能建立一個(gè)精確的動(dòng)力學(xué)方程的。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目： 減振鏜桿的有限元分析 ＿ 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2021962913＿＿＿＿ 姓 名： ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 指導(dǎo)教師： ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 全套圖紙，加 153893706 2 完成日期： 2021 年 5 月 20 日＿＿＿＿ 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 論文（設(shè)計(jì)）題目： 減振鏜桿的有限元分析 學(xué)號(hào)： 2021962913 姓名： 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 系主任： 一、 主要內(nèi)容及基本要求 主要內(nèi)容： 況，與刀具的連接情況以及鏜刀桿具體的工作環(huán)境狀況。 要研究鏜桿的切削過(guò)程，就必須建立鏜桿系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。同樣在加工航空航天等軍品工件時(shí)。一般車(chē)床車(chē)削軸類(lèi)零件時(shí)，為了使刀具的剛度達(dá)到要求，并保證加工的質(zhì)量，刀具形狀可以選擇得比較租、比較短。 國(guó)內(nèi)的一些減振鏜桿很多都處于研究階段，采用的大多是增加鏜桿靜剛度的方法，例如在桿體的芯部鑲?cè)胗操|(zhì)合金的鏜桿嗍嘲。 4．強(qiáng)大的非線性分析功能。減振塊必須放在直徑比桿直徑小許多的內(nèi)孔中?？梢?jiàn)甲基硅油是一種很好的阻尼材料，完全可以用在此減振鏜桿中。 3． 8 減振塊的設(shè)計(jì) 減振塊的材料選擇是減振系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵，國(guó)外的減振鏜桿一般選擇密度比較高的“重合金”作減振塊。在實(shí)際的應(yīng)用中可通過(guò)修改刀頭質(zhì)心的位置來(lái)確定刀頭的位置。因此這兩點(diǎn)的位置與阻尼無(wú)關(guān)。局 部坐標(biāo)系固定在構(gòu)件上，隨構(gòu)件一起運(yùn)動(dòng)。 4． 2． 1． 1 有限元模型的建立方法及步驟 為了生成能夠恰當(dāng)?shù)孛枋瞿Ｐ蛶缀涡再|(zhì)的有限元模型，通常情況下需要首先建立幾何模型。 23 4． 2． 1． 2 定義單元實(shí)常數(shù) 單元實(shí)常數(shù)是依賴(lài)單元類(lèi)型的單元特性，并不是所有的單元類(lèi)型都需要實(shí)常數(shù)，在本文中需要為單元 BEAM4 定義實(shí)常數(shù)。 一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中可能包含柔性體 (剛度較弱 )。振動(dòng)分析對(duì)話框的內(nèi)容設(shè)置如下： 28 29 5． 5 結(jié)論 從分析的結(jié)果可以求得如表 5． 1 所示的不同類(lèi)型的鏜桿模型在整個(gè)頻域內(nèi)的最大響應(yīng)幅值和這時(shí)所對(duì)應(yīng)的