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电流变材料在车削颤振抑制中的应用及理论研究

作　者: 杨道斌
导　师: 费仁元；王民
学　校: 北京工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 车削细长轴工件颤振抑制电流变材料阻尼器复合结构
分类号: TB535.1
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 237次
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内容摘要

机械制造过程中的切削颤振是影响产品质量和妨碍工厂自动化的一个重要因素，对其进行在线监视和控制成为改善切削系统稳定性的一项关键性实用技术。本论文将电流变技术应用到车削颤振的控制中，取得了令人满意的效果。论文的主要工作如下： (1)针对细长轴工件切削加工中的切削振动特点，应用电流变材料设计了一种基于智能电流变液阻尼器的切削颤振抑制结构和一种基于电流变液双电极复合结构的颤振抑制装置。通过静加载实验和激振实验分别对它们在不同电场强度下的静态特性和动态特性进行了研究，建立了相关的理论模型，进行了颤振抑制的理论研究。在此基础上，将两种结构成功应用于不同电场强度，不同切削条件、不同工件材料下的细长轴工件的端面车削和切断加工颤振抑制，而且工件表面质量有很大改善，但相同条件下两种结构的实验结果不尽相同。 (2)为了保证电流变液切削颤振抑制结构及装置的电控性能稳定，对电流变材料的成分选用、影响因素、稳定性和电流变效应等进行了实验和理论研究。开发了一种分散稳定性好，电流变效应指标可以同在售商品相媲美，成本低廉，环保型的高性能电流变材料。 (3)建立了基于智能电流变阻尼器的切削颤振抑制结构作用下的切削系统的数学模型，对其颤振抑制作用原理进行了深入的理论分析，并给出了切削颤振抑制结构作用的条件。 (4)应用集中参数法对电流变液双电极复合结构颤振抑制装置作用下的切削系统进行了简化，建立了系统的粘—弹塑性模型，对装置的颤振抑制作用进行了深入的理论分析，并提出了此种装置的颤振抑制条件和相应的改进措施。 (5)讨论了各种颤振的产生机理、特征参数和稳定条件。基于对细长轴工件切削过程动态切削力和再生颤振效应的理论分析，对整个切削系统特性进行了理论和实验研究，建立了两自由度模型，讨论了切削加工系统的稳定条件和颤振形态；模拟细长轴工件实际切削过程，进行了两种电流变液结构作用下的切削系统的动态特性激振实验，建立了结构作用下的两自由度系统模型，探讨了结构的颤振抑制规律，并对结构的颤振抑制实验结果进行了理论解释。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第1章绪论  14-41
  1.1 引言  14-17
  1.2 机床切削颤振的研究现状  17-33
    1.2.1 机床切削颤振的产生机理  17-18
    1.2.2 机床切削颤振的预测与分析  18-20
    1.2.3 机床切削颤振在线监视技术  20-27
    1.2.4 机床切削颤振的在线控制技术  27-32
    1.2.5 机床切削颤振类别的诊断技术  32-33
  1.3 电流变技术在振动控制中应用的研究现状  33-39
    1.3.1 节流型电流变液装置  34-36
    1.3.2 挤压型电流变液装置  36
    1.3.3 剪切型电流变液装置  36-37
    1.3.4 电流变液“三明治”结构  37-39
  1.4 论文研究内容  39-41
第2章电流变材料的研制及性能测试与机理研究  41-67
  2.1 引言  41
  2.2 电流变技术研究  41-42
  2.3 电流变液体与电流变效应  42-49
    2.3.1 电流变液体的成分选用  43-45
    2.3.2 电流变效应机理  45-47
    2.3.3 电流变效应的主要影响因素  47-49
  2.4 电流变材料的研制与电流变效应机理研究  49-66
    2.4.1 电流变材料(A-ERF)的研制  49-51
    2.4.2 电流变材料(A-ERF)成分分析  51-54
    2.4.3 电流变材料(A-ERF)的电流变效应微观结构观测  54-57
    2.4.4 电流变材料(A-ERF)性能测试  57-60
    2.4.5 实验结果与分析  60-65
    2.4.6 存在的问题及进一步的工作  65-66
  2.5 本章小结  66-67
第3章基于智能电流变液阻尼器的切削颤振抑制的理论与应用研究  67-101
  3.1 引言  67-70
    3.1.1 电流变材料在颤振抑制中的应用方式  67-68
    3.1.2 电流变材料及其结构的动态性能测试方法  68-70
  3.2 智能电流变液阻尼器切削颤振抑制结构的研制  70-80
    3.2.1 基于电流变液阻尼器的振动抑制结构  70-76
    3.2.2 智能电流变液阻尼器切削颤振抑制结构的研制  76-80
  3.3 智能电流变液阻尼器切削颤振抑制结构动态特性测试和理论研究  80-86
    3.3.1 研究方法  81
    3.3.2 理论分析  81-83
    3.3.3 实验结果及讨论  83-86
    3.3.4 结论  86
  3.4 智能电流变液阻尼器切削颤振抑制结构车削颤振抑制实验及理论研究  86-93
    3.4.1 车削颤振抑制系统的设计方案  86-87
    3.4.2 车削颤振抑制系统的原理和构成  87-89
    3.4.3 机床切削过程颤振抑制实验  89-91
    3.4.4 颤振抑制实验结果及分析  91-93
  3.5 智能电流变液阻尼器切削颤振抑制结构用于车削颤振抑制的理论分析  93-99
    3.5.1 切削加工系统的模型  93-96
    3.5.2 颤振抑制作用理论分析  96-99
  3.6 本章小结  99-101
第4章电流变液双电极复合结构在车削颤振控制中的应用及理论研究  101-121
  4.1 引言  101
  4.2 电流变液双电极复合结构颤振抑制装置的研制  101-108
    4.2.1 电流变液材料复合结构悬臂梁振动控制  102-103
    4.2.2 电流变液材料复合结构层合板结构振动控制  103-105
    4.2.3 颤振抑制装置的研制  105-108
  4.3 电流变液双电极复合结构颤振抑制装置的动态特性测试  108-111
    4.3.1 研究方法  109
    4.3.2 实验结果及讨论  109-111
  4.4 电流变液双电极复合结构颤振抑制装置车削颤振抑制实验及结果分析  111-115
    4.4.1 颤振抑制原理  111
    4.4.2 颤振抑制实验  111-112
    4.4.3 实验结果及分析  112-115
  4.5 电流变液双电极复合结构颤振抑制装置用于车削颤振抑制的理论分析  115-119
    4.5.1 切削加工系统的模型  115-117
    4.5.2 颤振抑制作用理论分析  117-119
  4.6 本章小结  119-121
第5章细长轴工件切削加工颤振控制的研究  121-147
  5.1 引言  121
  5.2 切削颤振的识别  121-129
    5.2.1 强迫颤振  122-123
    5.2.2 自激颤振  123-129
  5.3 细长轴工件切削加工中的再生颤振效应分析  129-131
  5.4 细长轴工件加工中的颤振探析  131-136
    5.4.1 切削系统的简化以及数学模型的初建  131-134
    5.4.2 切削系统运动方程的建立  134
    5.4.3 切削系统颤振规律探析  134-136
  5.5 电流变液结构用于细长轴工件切削颤振抑制的规律探析  136-145
    5.5.1 切削系统激振试验及分析  136-140
    5.5.2 电流变液结构颤振抑制规律探析  140-145
  5.6 本章小结  145-147
结论  147-150
参考文献  150-163
攻读博士学位期间发表论文  163-164
致谢  164

电流变材料在车削颤振抑制中的应用及理论研究

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