轮毂加工机床主轴动力吸振器设计及实验研究
发布时间：2022-02-05 00:28
动力吸振器（Dynamic Vibration Absorber,简称DVA）是振动控制领域最常用、也是最有效的减振方法之一。特别是机械加工领域,当机床高速运转时,由于外界激励、工件表面不平整、机床各零部件老化松动等因素,总会带来各种各样的振动问题。因此,动力吸振器的设计与实验研究对改善机械加工过程中的振动问题具有重要的理论和应用价值。轮毂加工机床加工的高精度、高速度、高效率与低成本,以及被加工轮毂的质量要求,是轮毂加工过程中的重中之重。现有轮毂加工机床因加工过程中出现主轴振动过大从而导致被加工工件表面不均匀、加工精度较低的问题亟待解决。本论文在动力学的基础上通过建模、仿真、计算、材料和结构组成的设计、加工、测量和实验的方法,设计一款动力吸振器来改善机床主轴振动过大的问题,并搭建相对应的实验台,用以检验所设计动力吸振器的减振效果。本论文首先根据轮毂加工机床主轴的结构、尺寸和转速等实际特性,再进一步结合振动测试结果可知机床主轴的振型和振动频率,从而明确所设计动力吸振器的模态特性。在此基础上对动力吸振器的材料和结构组成进行调研分析与优化设计,最后使用ANSYS Workbench软件对动力...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
动力吸振器的分类Figure1-1.Classificationofdynamicvibrationabsorbers
簧钊胙芯坑肟?ⅲ??昀捶⒄挂蚕?对较快。但是自适应动力吸振器工作时需要外界提供大量的能量，在主系统振动频率实时跟踪方面的研究也没有达到一个理想的效果，而且制作成本高，体积相对较大，作为实际工程应用对象来说，仍存在很大的局限性1.2.4被动式动力吸振器被动式动力吸振器发明初期只包含质量元件和弹性元件，体积大、质量重，不易安装与调节，而且减振频带窄，减振效果差。在随后的发展中，才逐渐引入阻尼元素，在更加有效的降低主系统振幅的同时，也相对增加了减振频带的宽度，有（无）阻尼动力吸振器简化结构如图1-2所示。根据安装数量、安装方式和组成结构等不同又可以详细分为单自由度、多自由度以及组合式动力吸振器。(a)(b)图1-2有（无）阻尼动力吸振器结构图Figure1-2structureofdynamicvibrationabsorberwith(no)damping单自由度动力吸振器的发明与应用最早，而且吸振器在刚发明出的前几十年内基本都是基于对单自由度系统的研究，因此在经过大量国内外学者的探索研究与完善发展后也已经形成一套非常完整的理论体系。早期Ormondroyd[17]、Hahnkamm[18]、Brock[19]等人研究推导出的最优同调、最优阻尼比和定点理论公式，也是动力吸振器最早期并且沿用至今的理论公式。Crandall[44]后来在主系统能量优化方面做了一定研究，并由Iwata[45]推导出最优参数设计公式。Yamaguchi[46]对主系统的瞬态振动进行了优化，提出最大稳定准则。Nishihara[47]于2002年得出有阻尼动力吸振器的精确解。日本学者Asami[48]在以上几种准则的基础上，推导出定点理论的优化级数解析解，公式更加简便。这是一些国外学者对动力吸振器的优化设计原理做的理论研究与公式推导，在国内外均得到了认
砻鞲媒饩龇桨附档土讼诚鞴?讨兴姆种??募庸ふ穸?Ｈ毡狙?者Nakano[66]为了抑制刀具和主轴系统弯曲振动引起的刀具颤振现象，提出的动力吸振器安装在刀具夹头上，将其假定为一个随刀具和主轴系统旋转的单自由度元件，并通过切削实验验证了该吸振器对切削颤振的抑制作用。杨毅青[67]等针对铣床切削颤振现象设计的由质量块、支架、螺栓、薄板、摩擦盘等结构组成的两自由度动力吸振器，对单、多模态铣床加工振动的抑制都有良好效果，并在此基础上研制出内含两自由度动力吸振器的减振铣刀，可将刀锋频响函数幅值降低74%，具体如图1-3所示。杨智春等[68]提出在壁板中添加吸振装置从而形成新型夹层壁板，通过夹层壁板中吸振器的作用来提高壁板的颤振速度从而降低其颤振频率。实验结果表明，针对夹层壁板第一阶模态所设计出的动力吸振器，使夹层壁板的颤振速度增加73.68%，颤振频率则降低为原来的56.71%。(a)(b)(c)图1-3铣床动力吸振器[67]Figure1-3Dynamicvibrationabsorberformillingmachine[67]中北大学的侯尧花[69]针对因轴系结构运转不平衡等问题使风机、汽轮机等内部传动机构出现断齿等故障而造成振动噪音过大、装配误差、人员安全等问题展开研究，设计相应的悬臂式DVA并搭建转速可调式转子实验台，实验结果验证了此型号DVA可将转子实验台3600rpm、也就是60Hz处的振动幅值降低37.1%。管路系统中阀门的开合以及流体的传送而引起的振动问题严重影响了传送的效率，增加了系统维护的困难和成本，久而久之甚至影响到管路系统的寿命，浙江
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于两自由度被动阻尼器的减振铣刀设计[J]. 杨毅青,余玉. 计算机集成制造系统. 2016(11)
[2]橡胶隔振器迟滞阻尼特性识别的新方法[J]. 孙德伟,张广玉. 振动与冲击. 2010(04)
[3]动力吸振器用于夹层壁板颤振抑制的研究[J]. 杨智春,杨飞,张玲凌. 振动与冲击. 2009(02)
[4]动力减振镗杆的减振性能研究[J]. 胡李波,王民,李刚. 机械设计与制造. 2009(01)
[5]被动吸振器在整车振动控制中的应用[J]. 龙岩,史文库,李辉,梁天也. 噪声与振动控制. 2008(05)
[6]基于磁流变液的小孔阻尼特性研究[J]. 马久河,于春光,孙海涛. 液压与气动. 2007(08)
[7]具有粘弹性电磁式主动动力吸振器主动控制试验研究[J]. 胡杰,牛红攀,张希农,谢石林. 实验力学. 2006(06)
[8]主动吸振技术的研究进展及其在柴油机振动控制中的应用[J]. 赵国迁,张洪田,张博. 黑龙江工程学院学报. 2006(04)
[9]基于功率流的宽带复式动力吸振器优化设计[J]. 王彦琴,盛美萍,孙进才. 机械科学与技术. 2004(04)
[10]宽频带动力吸振器功率流特性研究[J]. 王敏庆,盛美萍,孙进才. 声学学报. 2002(02)
博士论文
[1]振动主动控制若干问题的研究[D]. 孙红灵.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]某SUV高速行驶下方向盘振动分析与减振措施[D]. 赵龙灿.燕山大学 2018
[2]基于动柔度方法的载流管路减振研究[D]. 丁杨建.华中科技大学 2018
[3]基于悬臂式动力吸振器的旋转机械减振研究[D]. 侯尧花.中北大学 2018
[4]一种可调频动力吸振器的设计与研究[D]. 谢骁.北方工业大学 2017
[5]橡胶动力吸振器技术研究及应用[D]. 王卫峰.湖南工业大学 2016
[6]利用调谐质量阻尼器进行管路系统减振的研究[D]. 任意.浙江大学 2011
[7]滚子吸振器动力学分析及优化设计[D]. 李雨田.西安建筑科技大学 2010
[8]电磁式半主动吸振器研制及其在汽车振动控制中的应用[D]. 赵国迁.哈尔滨工程大学 2007
[9]基于有限元分析的宽带动力吸振器技术研究[D]. 刘文法.武汉理工大学 2005
本文编号：3614227
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
动力吸振器的分类Figure1-1.Classificationofdynamicvibrationabsorbers
簧钊胙芯坑肟?ⅲ??昀捶⒄挂蚕?对较快。但是自适应动力吸振器工作时需要外界提供大量的能量，在主系统振动频率实时跟踪方面的研究也没有达到一个理想的效果，而且制作成本高，体积相对较大，作为实际工程应用对象来说，仍存在很大的局限性1.2.4被动式动力吸振器被动式动力吸振器发明初期只包含质量元件和弹性元件，体积大、质量重，不易安装与调节，而且减振频带窄，减振效果差。在随后的发展中，才逐渐引入阻尼元素，在更加有效的降低主系统振幅的同时，也相对增加了减振频带的宽度，有（无）阻尼动力吸振器简化结构如图1-2所示。根据安装数量、安装方式和组成结构等不同又可以详细分为单自由度、多自由度以及组合式动力吸振器。(a)(b)图1-2有（无）阻尼动力吸振器结构图Figure1-2structureofdynamicvibrationabsorberwith(no)damping单自由度动力吸振器的发明与应用最早，而且吸振器在刚发明出的前几十年内基本都是基于对单自由度系统的研究，因此在经过大量国内外学者的探索研究与完善发展后也已经形成一套非常完整的理论体系。早期Ormondroyd[17]、Hahnkamm[18]、Brock[19]等人研究推导出的最优同调、最优阻尼比和定点理论公式，也是动力吸振器最早期并且沿用至今的理论公式。Crandall[44]后来在主系统能量优化方面做了一定研究，并由Iwata[45]推导出最优参数设计公式。Yamaguchi[46]对主系统的瞬态振动进行了优化，提出最大稳定准则。Nishihara[47]于2002年得出有阻尼动力吸振器的精确解。日本学者Asami[48]在以上几种准则的基础上，推导出定点理论的优化级数解析解，公式更加简便。这是一些国外学者对动力吸振器的优化设计原理做的理论研究与公式推导，在国内外均得到了认
砻鞲媒饩龇桨附档土讼诚鞴?讨兴姆种??募庸ふ穸?Ｈ毡狙?者Nakano[66]为了抑制刀具和主轴系统弯曲振动引起的刀具颤振现象，提出的动力吸振器安装在刀具夹头上，将其假定为一个随刀具和主轴系统旋转的单自由度元件，并通过切削实验验证了该吸振器对切削颤振的抑制作用。杨毅青[67]等针对铣床切削颤振现象设计的由质量块、支架、螺栓、薄板、摩擦盘等结构组成的两自由度动力吸振器，对单、多模态铣床加工振动的抑制都有良好效果，并在此基础上研制出内含两自由度动力吸振器的减振铣刀，可将刀锋频响函数幅值降低74%，具体如图1-3所示。杨智春等[68]提出在壁板中添加吸振装置从而形成新型夹层壁板，通过夹层壁板中吸振器的作用来提高壁板的颤振速度从而降低其颤振频率。实验结果表明，针对夹层壁板第一阶模态所设计出的动力吸振器，使夹层壁板的颤振速度增加73.68%，颤振频率则降低为原来的56.71%。(a)(b)(c)图1-3铣床动力吸振器[67]Figure1-3Dynamicvibrationabsorberformillingmachine[67]中北大学的侯尧花[69]针对因轴系结构运转不平衡等问题使风机、汽轮机等内部传动机构出现断齿等故障而造成振动噪音过大、装配误差、人员安全等问题展开研究，设计相应的悬臂式DVA并搭建转速可调式转子实验台，实验结果验证了此型号DVA可将转子实验台3600rpm、也就是60Hz处的振动幅值降低37.1%。管路系统中阀门的开合以及流体的传送而引起的振动问题严重影响了传送的效率，增加了系统维护的困难和成本，久而久之甚至影响到管路系统的寿命，浙江
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于两自由度被动阻尼器的减振铣刀设计[J]. 杨毅青,余玉. 计算机集成制造系统. 2016(11)
[2]橡胶隔振器迟滞阻尼特性识别的新方法[J]. 孙德伟,张广玉. 振动与冲击. 2010(04)
[3]动力吸振器用于夹层壁板颤振抑制的研究[J]. 杨智春,杨飞,张玲凌. 振动与冲击. 2009(02)
[4]动力减振镗杆的减振性能研究[J]. 胡李波,王民,李刚. 机械设计与制造. 2009(01)
[5]被动吸振器在整车振动控制中的应用[J]. 龙岩,史文库,李辉,梁天也. 噪声与振动控制. 2008(05)
[6]基于磁流变液的小孔阻尼特性研究[J]. 马久河,于春光,孙海涛. 液压与气动. 2007(08)
[7]具有粘弹性电磁式主动动力吸振器主动控制试验研究[J]. 胡杰,牛红攀,张希农,谢石林. 实验力学. 2006(06)
[8]主动吸振技术的研究进展及其在柴油机振动控制中的应用[J]. 赵国迁,张洪田,张博. 黑龙江工程学院学报. 2006(04)
[9]基于功率流的宽带复式动力吸振器优化设计[J]. 王彦琴,盛美萍,孙进才. 机械科学与技术. 2004(04)
[10]宽频带动力吸振器功率流特性研究[J]. 王敏庆,盛美萍,孙进才. 声学学报. 2002(02)
博士论文
[1]振动主动控制若干问题的研究[D]. 孙红灵.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]某SUV高速行驶下方向盘振动分析与减振措施[D]. 赵龙灿.燕山大学 2018
[2]基于动柔度方法的载流管路减振研究[D]. 丁杨建.华中科技大学 2018
[3]基于悬臂式动力吸振器的旋转机械减振研究[D]. 侯尧花.中北大学 2018
[4]一种可调频动力吸振器的设计与研究[D]. 谢骁.北方工业大学 2017
[5]橡胶动力吸振器技术研究及应用[D]. 王卫峰.湖南工业大学 2016
[6]利用调谐质量阻尼器进行管路系统减振的研究[D]. 任意.浙江大学 2011
[7]滚子吸振器动力学分析及优化设计[D]. 李雨田.西安建筑科技大学 2010
[8]电磁式半主动吸振器研制及其在汽车振动控制中的应用[D]. 赵国迁.哈尔滨工程大学 2007
[9]基于有限元分析的宽带动力吸振器技术研究[D]. 刘文法.武汉理工大学 2005
本文编号：3614227
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