BTA 深孔钻杆组件振动特性及减振器的设计研究

发布时间：2017-04-19 22:37

  本文关键词：BTA 深孔钻杆组件振动特性及减振器的设计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：深孔加工是机械制造业中不可或缺的重要组成部分。随着航空航天、高速铁路以及重型机械等的快速发展和进步,使得其对深孔加工技术的需求日益提升。但是,由于深孔加工的特殊性,使得其钻杆又细又长,且处于中空状态,加之钻削过程中外部有高压切削液环绕、内部还有切削液携带切屑通过,刚性严重不足,从而导致钻杆振动对加工精度、加工效率以及刀具磨损等的影响十分明显。但是目前针对钻杆振动对深孔钻削的危害,还没有特别完善的解决方案。本文针对BTA深孔加工系统加工过程中钻杆组件的力学特性及振动特性进行深入的分析,从而为减振措施的研究及具有径向附加力的钻杆减振器的设计提供理论依据,具有十分重要的现实意义。首先,介绍了BTA深孔钻的结构特点及工作原理,根据实际加工过程,建立了BTA钻的直角切削模型,在此基础上分析了BTA钻的受力状态。并根据切削原理和微刀具理论,建立了BTA钻的钻削力力学模型,为钻杆振动特性的分析与研究奠定了理论基础。其次,深孔加工过程中钻杆的振动不仅有横向振动、纵向振动,同时还存在扭转振动,加之由于钻削过程中切削液对钻杆稳定性的影响亦十分显著,所以本文分别对钻杆组件的涡动、扭转以及横、纵振动进行详细的论述与分析。(1)在考虑实际深孔加工过程中切削液对钻杆作用的基础上,分析了钻杆涡动产生的原因,根据Reynolds方程推导了钻杆涡动的运动微分方程,并据此得到了钻杆涡动失稳的临界条件。(2)综合考虑切削液、切屑以及钻杆自身旋转对钻杆扭转振动的影响,建立钻杆扭转振动的运动模型,再根据弹性力学、材料力学和流体力学等,建立了钻杆扭转振动的振动微分方程,从而计算得到了钻杆扭转振动的固有频率以及主振型函数。(3)对钻杆的横向、纵向振动进行了理论分析与建模,建立了钻杆横向、纵向振动的微分方程,并得到了钻杆横向、纵向振动的固有频率及其相对应的振型函数。再次,根据以上的理论分析以及深孔加工过程中的实际情况,将振动的主动控制技术引入到深孔加工系统中,并对安装了具有径向附加力的钻杆减振器的钻杆系统进行研究,从理论上分析了径向力钻杆减振器对钻杆涡动失稳、扭转振动、横向振动以及纵向振动的抑制作用。然后,对钻杆减振器的结构以及主动控制系统进行初步的设计,并运用Simulink软件对一加工实例进行仿真分析,验证减振器的减振效果,结果表明,具有径向附加力的钻杆减振器减振效果明显。
【关键词】：深孔加工 振动 主动控制 减振器
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG52
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-20
• 1.2.1 深孔加工技术的研究现状及发展趋势11-15
• 1.2.2 钻杆振动特性的国内外研究现状15-17
• 1.2.3 深孔钻杆减振器的研究现状17-20
• 1.3 课题来源、研究意义及研究内容20-23
• 1.3.1 课题来源20-21
• 1.3.2 研究意义21
• 1.3.3 研究内容21-22
• 1.3.4 拟解决的关键问题22-23
• 2 BTA系统刀具的力学特性分析23-38
• 2.1 BTA刀具简介23-30
• 2.1.1 错齿BTA内排屑深孔钻的结构特点25
• 2.1.2 错齿BTA深孔钻各刀齿的切削状态分析25-26
• 2.1.3 错齿BTA钻切削模型的建立26-30
• 2.2 BTA刀具受力分析30-34
• 2.3 仿真与试验34-37
• 2.4 本章小结37-38
• 3 BTA系统钻杆振动特性及减振措施的研究38-58
• 3.1 BTA深孔加工系统概述38-39
• 3.2 BTA钻杆振动产生的原因分析39-57
• 3.2.1 钻杆涡动分析40-45
• 3.2.2 钻杆的扭转分析45-50
• 3.2.3 钻杆横向振动特性的分析50-54
• 3.2.4 钻杆纵向振动特性的分析54-57
• 3.3 本章小结57-58
• 4 BTA深孔钻杆减振机理的研究58-65
• 4.1 减振技术简介58-60
• 4.1.1 被动减振技术58-59
• 4.1.2 主动减振技术59-60
• 4.2 BTA钻杆组件的减振理论分析60-64
• 4.3 本章小结64-65
• 5 主动控制钻杆减振器的总体设计及仿真65-74
• 5.1 主动控制钻杆减振器的工作原理65
• 5.2 钻杆减振器的结构设计65-68
• 5.3 控制系统的设计68-71
• 5.3.1 振动传感器的选择68-69
• 5.3.2 PLC控制系统简介69-70
• 5.3.3 液压系统的设计70-71
• 5.4 钻杆减振器的安装位置71
• 5.5 钻杆减振器的减振效果仿真71-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间的研究成果情况80-81
• 致谢81-82

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