《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)943減振鏜桿的有限元分析》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)943減振鏜桿的有限元分析（25頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、目錄中文摘要錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。英文摘要錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第1章減振鏜桿的國(guó)內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢(shì)2第2章顫振的機(jī)理及穩(wěn)定性分析理論42.1再生顫振的機(jī)理42.2 再生顫振系統(tǒng)52.3系統(tǒng)切削過(guò)程動(dòng)態(tài)模型62.4鏜削過(guò)程穩(wěn)定性分析理論與穩(wěn)定性圖7第3章減振鏜桿的動(dòng)力學(xué)模型123.1減振鏜桿的設(shè)計(jì)143.2減振鏜桿模型的分析163.3 在ANSYS程序中進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析183.4模型在頻域內(nèi)的仿真結(jié)果18結(jié)論與展望22致謝23參考文獻(xiàn)：24附件I英文文獻(xiàn)翻譯錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。附件II英文文獻(xiàn)原文錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。減振鏜桿的有限元分析摘要：介紹了深孔鏜削加工過(guò)程中產(chǎn)生振顫的機(jī)理，建立了減振鏜桿的動(dòng)力

2、學(xué)模型。論述動(dòng)力減振 鏜桿的工作原理，通過(guò)簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型建立微分方程。在理論基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析動(dòng)力減振鏜桿的 減振效果和動(dòng)態(tài)性能，并測(cè)定其最佳狀態(tài)下的性能參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果確定了動(dòng)力減振器的減振特點(diǎn)， 為實(shí)際生產(chǎn)加工給出參考。關(guān)鍵詞：減振鏜桿深孔鏜削性能參數(shù)Finite element analysis of Damping Boring BarAbstract : This paper introduced the mechanism of vibration in the process of deep hole boring , developed a dynamic modal of th

3、e damping boring bar. The working principle of a boring bar which has a dynamic vibration absorber is discussed The systems differential equation is built according to the simple dynamical model. Based on theory,the dynamic performance of a boring bar is researched by experiment and the performance

4、parameters at the best state are gotten. The result of experiment shows the character of dynamic vibration absorber, and gives a reference for the actual manufacture.Key words: Damping boring bar Deep hole boring Performance parameters第1章 減振鏜桿的國(guó)內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢(shì)在機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，切削系統(tǒng)的加工精度及穩(wěn)定性很大程度上取決與結(jié)構(gòu)的剛度 和切削過(guò)程中顫

5、振對(duì)其產(chǎn)生的影響，剛性不足和顫振的產(chǎn)生不僅制約了切削系統(tǒng)在加工 過(guò)程中的切削效率，而且還會(huì)在加工工件的表面留下振紋，影響加工精度。切削顫振是 金屬切削過(guò)程中刀具與工件之間產(chǎn)生的一種十分強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)，其產(chǎn)生的原因和發(fā) 生、發(fā)展的規(guī)律與切削加工過(guò)程本身及金屬切削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性都有著內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系， 影響因素很多，是一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象。深孔鏜削過(guò)程中刀具通常會(huì)產(chǎn)生振顫。加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)按產(chǎn)生原因分為自由 振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。其中自由振動(dòng)是由于初始系統(tǒng)受外界的干擾所致，屬于阻 尼衰減振動(dòng);受迫振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件的自身缺陷產(chǎn)生的，可以通過(guò)刀具的振動(dòng)頻率找 到可疑振動(dòng)源。自激振動(dòng)又分為:

6、初始振動(dòng)和再生振動(dòng)，初始振動(dòng)是由于刀具本身的固有 頻率與加工系統(tǒng)中的某個(gè)工作頻率相同而產(chǎn)生的共振;再生振動(dòng)是在連續(xù)加工過(guò)程中切 削表面的不連續(xù)性產(chǎn)生的。在機(jī)械加工中內(nèi)孔加工是所占比例較大的一種重要的加工方法，約占整個(gè)加工工作 量的1 / 4,而深孔加工又在內(nèi)孔加工中占有很大的比例，所以深孔加工問(wèn)題是否解決好， 將會(huì)直接影響機(jī)器產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量。特別是在重型機(jī)器制造業(yè)中，能否掌握 它，運(yùn)用自如，將會(huì)對(duì)生產(chǎn)有著決定性的影響，也影響到機(jī)器產(chǎn)品的質(zhì)量。而深孔加工 中最常見(jiàn)的疑難問(wèn)題就是細(xì)長(zhǎng)車(chē)刀和鏜桿的長(zhǎng)徑比不夠或動(dòng)剛度不夠，從而不能滿(mǎn)足被 加工工件的要求。一般情況下,影響金屬加工表面的質(zhì)量因素

7、有機(jī)床本身、刀具、被加工工件以及其 他的外界干擾等。刀具方面的因素主要是刀具的動(dòng)剛度和幾何參數(shù)。對(duì)于一般的刀桿， 在長(zhǎng)徑比超過(guò)4倍時(shí)刀具本身將產(chǎn)生振顫，使得加工無(wú)法進(jìn)行。鏜孔加工與一般的軸類(lèi) 加工有所區(qū)別。一般的車(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，刀具的形狀可以選擇得比較粗、短。但是鏜削加工通常在預(yù)先鉆好或者鑄好的孔 上進(jìn)行，刀具是在被加工零件內(nèi)，刀具的尺寸和形狀都要受到一定限制，造成了刀具的剛 度較低，在一定力的作用下，刀桿的彎曲程度主要取決于刀桿的靜剛度,而刀桿的振顫幅 度和頻率取決于刀桿的靜剛度和動(dòng)剛度。減小刀桿懸伸長(zhǎng)度和增加刀桿的直徑對(duì)于減小刀桿的變形量是

8、有利的。但是受加工 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)減小切削量來(lái)降低切削力也可 以達(dá)到減小刀桿變形量的目的，但這樣勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率的下降,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。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。在機(jī)械加工中，利 用減振鏜桿，可以提高表面加工質(zhì)量，大大提高工作效率，特別是在深孔加工中運(yùn)用此 減振鏜桿，對(duì)提高內(nèi)表面質(zhì)量以及加快切削速度都會(huì)有很大的幫助。減振鏜桿在機(jī)械行業(yè)的研究中，已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了，但減振鏜桿的研究和發(fā)展是 比較緩慢的。到目前為止，世界上只有為數(shù)不多的幾家廠(chǎng)商

9、能生產(chǎn)出性?xún)r(jià)比較好的產(chǎn)品。 目前市場(chǎng)上流行的各種減振鏜桿主要以國(guó)外產(chǎn)品為主，比如瑞典的山特維克，美國(guó)的肯 納，在我國(guó)由于試驗(yàn)，調(diào)試過(guò)程的復(fù)雜，尚沒(méi)有相關(guān)的成熟產(chǎn)品上市。在國(guó)外，日本三菱公司和東芝公司已經(jīng)有系列化的產(chǎn)品。三菱公司的設(shè)計(jì)思想是減 輕鏜桿的頭部重量，從而使鏜桿的動(dòng)剛度在很大程度上得到改良舊。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) 鏜桿頭部所受的作用力偏離中心時(shí)，頭部遠(yuǎn)離作用力的部分內(nèi)應(yīng)力比較小。所以當(dāng)鏜桿 受到偏心力時(shí)，刀頭的那兩部分可以切掉一些，這樣

10、不僅鏜桿頭部的重量減少了很多， 而且靜剛度的減少量也較小，同時(shí)鏜桿的動(dòng)剛度在很大程度上的得到了改良。但是應(yīng)當(dāng) 指出這種處理辦法還存在很多的問(wèn)題，其主要問(wèn)題是采用頭部切除法有很大的局限性， 即其長(zhǎng)徑比不能達(dá)到太大。東芝公司的減振鏜桿是在刀具的兩邊平行的切掉一部分，再用剛度和強(qiáng)度大的材料 嵌在兩邊，從而提高鏜桿的靜剛度。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。同時(shí)由于受到兩條加固材料的剛度、厚度 和它與桿體粘結(jié)的緊密程度的影響，因此長(zhǎng)徑比的值也受一定的局限。美國(guó)Kenameta l公司生產(chǎn)的減振鏜桿（最大長(zhǎng)徑比L/D=8）主要是采用特殊的材料制 成，也

11、屬于提高鏜桿靜剛度的一種。瑞典Sandvik公司的減振鏜桿（最大長(zhǎng)徑比L/D=16 ）是目前最先進(jìn)的鏜桿，它所采取 的方法是給鏜桿加內(nèi)置減振器。這雖然提高了鏜桿的動(dòng)剛度，但也有它的局限性，例如 減振塊的密度不可能太大，阻尼器的壽命嚴(yán)重地影響這種鏜桿的使用壽命.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)合金等。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。到目前為止，國(guó)內(nèi)的工具廠(chǎng)商還沒(méi)有在減振鏜桿的制造方面有大的進(jìn)展，特別是在 制造長(zhǎng)徑比比較大的鏜桿方面，而且對(duì)內(nèi)置式減振鏜桿的開(kāi)發(fā)工作也還很少。第2章 顫振的機(jī)理及

12、穩(wěn)定性分析理論2.1再生顫振的機(jī)理現(xiàn)代的顫振理論指出，顫振是一種氣動(dòng)彈性動(dòng)力不穩(wěn)定的現(xiàn)象。鏜削顫振是氣流中 的運(yùn)動(dòng)的鏜削加工設(shè)備和工件在空氣動(dòng)力、慣性力和彈性力的相互作用下形成的一種自 激振動(dòng)。低于顫振速度時(shí)，振動(dòng)是衰減的；等于顫振速度時(shí)，振動(dòng)保持等幅值；超過(guò)顫 振速度時(shí)，在多數(shù)情況下，振動(dòng)是發(fā)散的，在三種情況下都能影響到鏜削加工工件的表 面拋光度，影響加工質(zhì)量和效率。顫振的類(lèi)型主要分為再生型、耦合型、摩擦型。不同顫振類(lèi)別有它各自不同的激振 機(jī)理，因而也就有不同的消振減振方法。從實(shí)際解決現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中發(fā)生的機(jī)械加工振動(dòng)問(wèn) 題考慮，正確識(shí)別機(jī)械加工振動(dòng)的類(lèi)別是十分重要的。一旦明確了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中發(fā)生的振

13、 動(dòng)主要是屬于哪個(gè)類(lèi)型的顫振，便可有針對(duì)性地采取相應(yīng)的消振減振措施，使振動(dòng)減小 到許可的范圍內(nèi)。從簡(jiǎn)化分析考慮，在研究切削加工顫振問(wèn)題時(shí)，多數(shù)學(xué)者選用的動(dòng)力學(xué)從簡(jiǎn)化分析 考慮，在研究切削加工顫振問(wèn)題時(shí)，多數(shù)學(xué)者選用的動(dòng)力學(xué)模型都是線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型， 即假設(shè)慣性力與振動(dòng)加速度呈線(xiàn)性關(guān)系變化，阻尼力與振動(dòng)速度呈線(xiàn)性關(guān)系變化，彈性 恢復(fù)力與振動(dòng)位移呈線(xiàn)性關(guān)系變化，且假設(shè)動(dòng)態(tài)切削力也與振動(dòng)響應(yīng)呈線(xiàn)性關(guān)系變化。 根據(jù)線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型求得的振動(dòng)解與實(shí)際測(cè)量所得到的振動(dòng)響應(yīng)往往差別較大，這說(shuō)明 實(shí)際加工系統(tǒng)不都是線(xiàn)性系統(tǒng)。對(duì)于非線(xiàn)性顫振理論的研究工作只是剛剛開(kāi)始，尚不夠 系統(tǒng)深入。在非線(xiàn)性顫振理論的研究工作達(dá)到

14、完全可以被理解的程度之前，人們所提供 的振動(dòng)控制技術(shù)不能認(rèn)為是十分完善的。再生顫振是一種典型的由于振動(dòng)位移延時(shí)反饋所導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)失穩(wěn)現(xiàn)象也是金屬切 削機(jī)床發(fā)生自激振動(dòng)的主要機(jī)制之一。在鏜削過(guò)程中其中再生型顫振最為常見(jiàn)。顫振時(shí)， 工件表面出現(xiàn)螺旋紋。依螺旋紋的變化可將鏜削顫振過(guò)程分為無(wú)顫振階段、顫振開(kāi)始階 段、顫振發(fā)展階段、顫振充分階段。在顫振開(kāi)始階段，工件加工表面開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)小的螺 旋紋；顫振發(fā)展階段螺旋紋逐漸加深，全顫振充分階段螺旋紋深度穩(wěn)定下來(lái)。實(shí)驗(yàn)研究表明加工過(guò)程中顫振的發(fā)展過(guò)程有以下特點(diǎn)：(1) 顫振波形類(lèi)似于諧振波，幅值的增長(zhǎng)是一個(gè)漸變的過(guò)程；(2) 振動(dòng)頻率隨顫振的發(fā)展，逐漸穩(wěn)定到接近

15、系統(tǒng)的固有頻率。此時(shí)振動(dòng)頻率由寬帶 隨機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)檎瓗щS機(jī)過(guò)；(3) 當(dāng)振動(dòng)頻率穩(wěn)定到系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)幅值尚未達(dá)到充分顫振階段的幅值。 在顫振幅值達(dá)到充分顫振階段前約有400ms至600ms或更長(zhǎng)，這就給快速在線(xiàn)預(yù)報(bào) 和控制鏜削過(guò)程中的顫振提供了識(shí)別和反饋控制的寶貴時(shí)間。2.2再生顫振系統(tǒng)機(jī)床機(jī)構(gòu)l-rl firl f1 i圖2-1機(jī)床切削系統(tǒng)機(jī)床切削系統(tǒng)是由承受切削力的變動(dòng)而產(chǎn)生振動(dòng)位移的機(jī)床結(jié)構(gòu)和由于刀具與工 件之間的振動(dòng)位移而產(chǎn)生交變切削力的切削過(guò)程組成的，如圖2-1所示。在切削過(guò)程中，F(xiàn)(t)作用在機(jī)床結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生振動(dòng)位移X(t)；而另一方面X(t)又引 起瞬間切削厚度變化，而這一

16、變化又會(huì)反過(guò)來(lái)引起切削力F(t)變化。因此，切削 過(guò)程即相當(dāng)于反饋機(jī)構(gòu)，它按照振動(dòng)位移來(lái)控制激振力，從而實(shí)現(xiàn)位移反饋。還 必須看到，瞬間切削厚度不僅與刀刃在當(dāng)時(shí)的振動(dòng)位移有關(guān)，而且還與工件在上 一圈時(shí)的振動(dòng)有關(guān)，由此可見(jiàn)，這里存在振動(dòng)位移的延時(shí)反饋。在平穩(wěn)切削條件下，工件表面的一層金屬被均勻地切下，此時(shí)切削力F0為 一恒量，此力作用在機(jī)床結(jié)構(gòu)上，引起恒定的變形x0；而恒定的x0又反過(guò)來(lái)保 證切削厚度不變。從理論上講，如果沒(méi)有外界干擾的話(huà)，此平穩(wěn)切削過(guò)程似乎可 以一直進(jìn)行下去?？墒窃趯?shí)際加工過(guò)程中存在很多這樣或那樣的擾動(dòng)，因此上述 平穩(wěn)切削過(guò)程注定要受到擾動(dòng)。如果受擾后，切削過(guò)程仍能回復(fù)到平衡狀

17、態(tài)，則 切削過(guò)程是平穩(wěn)的；如果切削過(guò)程愈來(lái)愈遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)，則切削過(guò)程是不穩(wěn)定的。現(xiàn)假設(shè)在切削過(guò)程中突然受到某一個(gè)干擾產(chǎn)生，例如，刀刃碰到工件材料中 的某一個(gè)硬質(zhì)點(diǎn)，使切削力立即獲得了一個(gè)動(dòng)態(tài)的增量A F(t)，而A F(t)作用在 機(jī)床結(jié)構(gòu)上，引起振動(dòng)X(t)，后者又改變了瞬間切削厚度，從而引起切削力的二次變化， 在一定的條件下我們發(fā)現(xiàn)周轉(zhuǎn)一次以后，切削力的變化增加了；同理， 再轉(zhuǎn)一周之后，切削力有增加了，如此周而復(fù)始，AF(t)及X(t)不斷上升，終于 形成了強(qiáng)烈的自激振動(dòng)，我們把切削過(guò)程中的這類(lèi)自激振動(dòng)稱(chēng)為“再生顫振”。2.3系統(tǒng)切削過(guò)程動(dòng)態(tài)模型X(t)圖2-2切削過(guò)程力學(xué)模型在切削加工狀

18、態(tài)下，由于再生效應(yīng)，考慮正交切削情況，刀具與工件之間的振動(dòng)為 x（t），刀具所受動(dòng)態(tài)切削力f （t），如圖2-2所示，其運(yùn)動(dòng)微分方程為：梢（n+國(guó)。+煩=-/（,）(2-1)(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)如果動(dòng)態(tài)切削厚度的變化比較小，則動(dòng)態(tài)切削力f （t）可以表示為川二#歡-了）式中b切削寬度（mm）kd動(dòng)態(tài)切削力系數(shù)（N/mm2）T一相鄰兩次切削振動(dòng)波紋的滯后時(shí)間（s）我們?nèi)钥紤]x（t）為等幅的諧波的情況，即穩(wěn)定與不穩(wěn)定之間的臨界狀態(tài)。于是，有工“ ?。┒?a, cos（由f - G）式中0 相鄰兩圈刀刃波紋之間的相位差（rad）9 =T s = s /nn 工作的轉(zhuǎn)速（r/s ）

19、將（2-4）、（2-3）代入（2-2），可將式（2-2）整理為-cos 0，且通常有kb(1-cos 6 ) k，即切削過(guò)程的等效剛度為正，且遠(yuǎn)小 d于機(jī)床結(jié)構(gòu)本身的剛度。由此看來(lái)，等效剛度只可能使系統(tǒng)的總剛度略有增加，對(duì)系統(tǒng) 的特性并無(wú)本質(zhì)影響。可是另一方面，等效阻尼k bsin6卻有可能使整個(gè)切削系統(tǒng)失去動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。首先， d當(dāng)6 =18003600時(shí)，等效阻尼kdbsin6是負(fù)的。其次，如果切削寬度b又足夠大，則 可使c+坐四 0 ,即系統(tǒng)的總的阻尼成為負(fù)的從而發(fā)生自激振動(dòng)。s圖2-3再生顫振系統(tǒng)根據(jù)以上分析，可得再生顫振系統(tǒng)的較為詳細(xì)的框圖，如圖2-3所示。2.4鏜削過(guò)程穩(wěn)定性分析理論

20、與穩(wěn)定性圖再生型顫振是切削系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)和切削過(guò)程相互作用的結(jié)果。在膛削加工中，系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性與其他金屬切削加工系統(tǒng)相比較為簡(jiǎn)單。它是由工件、刀桿和機(jī)床組成 的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，鏜桿在整個(gè)系統(tǒng)中以懸臂粱狀態(tài)出現(xiàn)，特別是在長(zhǎng)徑比比較大的情況 下，其剛性相對(duì)較差，加工時(shí)更容易引起顫振，這樣就使得膛桿成為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中剛性最 薄弱，最影響加工質(zhì)量的環(huán)節(jié)。另外，作為懸臂梁結(jié)構(gòu)，鏜削加工中顫振多發(fā)生在鏜桿 的最低固有頻率附近。因此，對(duì)于鏜削穩(wěn)定性的研究重點(diǎn)就放在鏜桿自身的動(dòng)態(tài)性能研 究上了，可以將鏜桿與整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的關(guān)系簡(jiǎn)化為一個(gè)單自由度系統(tǒng)，如圖2-4所示。 圖中Fa為切削過(guò)程中的動(dòng)態(tài)切削力。圖2-4鏜桿

21、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)K(FileRead Input From菜單將載荷文件讀入ANSYS模型數(shù)據(jù)庫(kù)，即可將載荷文件中 各時(shí)刻的載荷作為ANSYS的載荷子步旋加到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上。3.3.1減振鏜桿模型的參數(shù)化分析利用有限元分析軟件對(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。3.3.2減振系統(tǒng)當(dāng)量剛度的確對(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)行時(shí)域內(nèi)的分析，分析時(shí)加在刀 刃上的力為1N。這時(shí)所取鏜桿研究點(diǎn)處的位移量為單位力作用下的位移，根據(jù)剛度的定 義，系統(tǒng)在研究點(diǎn)處的當(dāng)量剛度為該位移的到數(shù)。由分析結(jié)果可得系統(tǒng)研究點(diǎn)處在lN作 用力下的位移為

22、1.0593E-6（m），則系統(tǒng)在研究點(diǎn)處的當(dāng)量剛度kj9.4429E5（N/m）。 3.3.3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，由分析的結(jié)果可得 到，系統(tǒng)在幅值最高點(diǎn)的頻率為f=106（Hz）。因此，系統(tǒng)的固有頻率=2寫(xiě)=665.68 n1（rad/s）。3.3.4減振系統(tǒng)的當(dāng)量質(zhì)量的確定kk由公式o = L，可求得簡(jiǎn)化系統(tǒng)的當(dāng)量質(zhì)量m = = 2.13kg。n1 m1 o 21n13.3.5系統(tǒng)參數(shù)的確定首先通過(guò)N求得r =0.2。再由公式（4-5）、（4-6）可求出最佳阻尼& =0.21、 p最佳固有頻率比a = 0.83，3。根據(jù)式中對(duì)最

23、佳阻尼比和最佳固有頻率比的定義式，通 p過(guò)計(jì)算可求得c=70.18、k=1.311E5。這樣，仿真所需的初始參數(shù)就全部確定了。3.4模型在頻域內(nèi)的2仿真結(jié)果對(duì)沒(méi)有加減振單元的實(shí)心鏜桿進(jìn)行頻域內(nèi)的仿真，分析時(shí)加在刀刃上的力為1N。這 時(shí)所取鏜桿研究點(diǎn)處的位移量為單位力作用下的位移，根據(jù)剛度的定義，系統(tǒng)在研究點(diǎn) 處的當(dāng)量剛度為該位移的到數(shù)。由仿真的結(jié)果可得系統(tǒng)研究點(diǎn)處在lN作用力下的位移為1.0593E-6（m），則系統(tǒng)在 研究點(diǎn)處的當(dāng)量剛度k1=9.4429E5（N/m）。再對(duì)沒(méi)有加減振單元但有減振內(nèi)孔的鏜桿模型進(jìn)行頻域內(nèi)的仿真，分析結(jié)果如圖 3-6所示。Amplitude (mm)A/一一,0

24、75150225、FreQuency圖3-6空心鏜桿幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)從分析的結(jié)果可得到，系統(tǒng)在幅值最高點(diǎn)的頻率為f=106 (Hz)。因此，系統(tǒng)的固 有頻率=2兀 f = 665.68(rad / s)。 n1最后對(duì)有減振單元的減振系統(tǒng)進(jìn)行頻域內(nèi)的仿真。仿真的結(jié)果如圖3-7、圖3-8、圖3-9所示Amplitude (mm)八/z/X-75150225Frequency (.HzJ圖3-7實(shí)心鏜桿幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)Amplitude圖3-8減振鏜桿幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)Amplitude圖3-9各種鏜桿幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)從分析的結(jié)果可以求得如表3-2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)的頻率

25、。表3-2最大響應(yīng)幅值 （dB）對(duì)應(yīng)的頻率 （Hz）沒(méi)有加減振單元的實(shí)心鏜桿-37.79694.7144沒(méi)有加減振單元但有減振內(nèi)孔的鏜桿-38.2002105.9487有減振單元的動(dòng)力減振鏜桿-55.2677112.9568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)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。結(jié)論與展望機(jī)床切削系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要決定于系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的剛性以及抵抗顫振的能力，結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài) 性能的優(yōu)劣直接影響了切削系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本課題主要針對(duì)鏜削系統(tǒng)的顫振抑制，動(dòng)態(tài) 性能做了研究。本文對(duì)動(dòng)力減振

26、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。通過(guò) 用傳統(tǒng)的力學(xué)方法和數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)方程的求解，從理論上為設(shè)計(jì)模型初始參數(shù)的選擇奠定 了基礎(chǔ)。通過(guò)有限元分析軟件為減振鏜桿結(jié)構(gòu)參數(shù)的實(shí)際設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。通過(guò)對(duì) 鏜桿模型的仿真分析，驗(yàn)證了動(dòng)力減振鏜桿的減振效果。通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的求解和對(duì)鏜桿模型的仿真及參數(shù)化分析，得到以下結(jié)論：1、減振塊的質(zhì)量越大，減振效果越好，但動(dòng)力減振鏜桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制了減振塊體積 的上限。因此在設(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)。2、在阻尼系數(shù)一定的情況下，選擇合適的彈簧剛度系數(shù)，使刀刃在頻域內(nèi)的跳動(dòng)量曲 線(xiàn)的兩個(gè)極值點(diǎn)相

27、等，這時(shí)的減振效果是最好的。3、在彈簧剛度系數(shù)一定的情況下，刀刃在頻域內(nèi)的最大跳動(dòng)量并不總是隨著阻尼系數(shù) 的增大而減小的。當(dāng)阻尼系數(shù)為零時(shí)跳動(dòng)量非常大。4、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。致謝作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如 果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象 的。本課題的研究是在張高峰老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在這期間張老師給了我很多相 關(guān)知識(shí)技術(shù)的指導(dǎo)和幫助以及無(wú)微不全的關(guān)懷。張老師淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)，亥惜鉆研的精 神使我受益非淺。除了敬佩

28、張老師的專(zhuān)業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是 我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。同時(shí)也感謝我的同學(xué)對(duì)我無(wú)私 的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)。再次對(duì)你們說(shuō) 一聲：謝謝了！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,20022 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,20063 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,1990.94 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)，1995.55 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，19986 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),19867 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,2004.118 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,2005.109 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),200210 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)，199911 陳曉霞.ANSYS7.0高級(jí)分析M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,200412 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