磁流变减振镗杆的结构优化及动力学分析

发布时间：2017-11-01 21:27

  本文关键词：磁流变减振镗杆的结构优化及动力学分析

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【摘要】：现代工业发展迅速,对各类零件的加工水平和加工精度的要求越来越高,对零件外形的需求也变的越来越复杂,其中就包含对孔类零件的需求,特别是深孔加工和与之相搭配的轴类零件的加工,镗削是加工孔类零件的重要加工方法之一,但镗杆的悬臂梁结构很容易发生振动,不仅会影响工件的加工精度,同时也增加了加工刀具的损耗。目前我国常用的用于加工孔类零件的镗杆,多由国外进口,这也从一定程度上阻碍了我国加工制造业的发展。因此,本文研究了一种以磁流变液为填充介质的磁流变减振镗杆,为镗孔类加工提高一定的依据。本文所研究的镗杆以内藏式减振镗杆为基础,将阻尼液替换为新型的磁流变液,在刀头部位添加振动传感器,镗杆的电控部分根据传感器信号实时变换磁场,控制磁流变液的状态,借此改变镗杆的刚度和阻尼,达到大幅降低杆体振动幅值的目的。本文对减振镗杆各部件的制造材料进行了选择,并以现有减振镗杆为基础,根据磁场饱和相关的原理,计算了镗杆关键部位的极限尺寸,并对其进行了优化。利用优化后得到的数据和近年来对SD振子的研究,建立磁流变减振镗杆的双自由度非线性模型,根据模型建立了镗杆振动的非线性微分方程,并利用平均法对其进行求解。对计算结果分析时,重点讨论了镗杆杆体和质量块的非线性参数对振动的影响,并将数值解和解析解进行对比研究,得出镗杆振动的一般规律。利用虚拟样机技术,对减振镗杆进行二次设计,根据优化所得到的结构尺寸建立镗杆的ADAMS刚柔耦合模型,对镗杆在线性和非线性力作用下的振动进行分析,与用平均法所得结果进行比较,结果一致,分析不同的刚度和阻尼对杆体振动的影响,用ADAMS/View对镗杆进行振动仿真,限定约束条件,得出镗杆在所设计工况下的最优阻尼和最优刚度。利用MATLAB软件生成镗杆振动的随机激励信号,将镗杆在随机激励信号下的响应与正弦激励下的响应进行对比,为镗杆的振动研究提供一定的参考。
【关键词】：磁流变液 减振镗杆 非线性 优化 仿真
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 减振镗杆的类型11-12
• 1.2.2 国内外减振镗杆的发展12-13
• 1.2.3 磁流变液的研究发展13-14
• 1.2.4 振动的非线性研究进展14-15
• 1.2.5 基于Adams的虚拟样机技术15-16
• 1.3 工作安排及主要创新点16-18
• 1.3.1 主要工作安排16
• 1.3.2 主要创新点16-18
• 第二章 计算方法及理论基础18-28
• 2.1 建立微分方程的依据及常微分方程数值解法18-19
• 2.1.1 建立微分方程的依据18
• 2.1.2 常微分方程数值解法18-19
• 2.2 常用非线性力分类19-22
• 2.2.1 材料非线性19-20
• 2.2.2 分段线性20
• 2.2.3 几何非线性20-22
• 2.3 镗杆所受的切削力分析22-23
• 2.4 振动产生机理23-24
• 2.4.1 振动的类型23-24
• 2.4.2 振动的控制方法24
• 2.5 平均法解析24-28
• 第三章 磁流变减振镗杆的整体设计28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 减振镗杆的结构设计28-29
• 3.3 材料的选择29-32
• 3.3.1 磁流变液的选择29-30
• 3.3.2 质量块材料30-31
• 3.3.3 杆体、隔磁套和刀头的材料选择31-32
• 3.4 磁路设计32-36
• 3.4.1 极限尺寸计算32-34
• 3.4.2 线圈布局34-36
• 3.5 结构优化36-37
• 3.6 总结37-38
• 第四章 磁流变减振镗杆的分析计算38-57
• 4.1 引言38
• 4.2 两自由度模型的建立38-45
• 4.2.1 SD振子模型38-40
• 4.2.2 两自由度镗杆振动模型的建立40-41
• 4.2.3 微分方程的建立及求解41-45
• 4.3 结果分析45-55
• 4.3.1 不同非线性参数下解析解与数值解对比45-51
• 4.3.2 数据分析51-55
• 4.3.2.1 非线性系数同时发生变化对系统的影响51-52
• 4.3.2.2 α_2为0时，α_1的变化对系统的影响52-54
• 4.3.2.3 α_1为0时,α_2的变化对系统的影响54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 磁流变减振镗杆的ADAMS仿真及优化57-81
• 5.1 建立减振镗杆的多刚体模型57-63
• 5.1.1 坐标系统和单位制的选取57-58
• 5.1.2 建立镗杆的ADAMS纯刚体模型58-59
• 5.1.3 建立杆体的MNF(Modal Neutral File)文件59-62
• 5.1.4 建立减振镗杆的柔性体模型62-63
• 5.2 仿真分析63-68
• 5.2.1 仿真初始参数的确定63
• 5.2.2 实心镗杆的仿真63-65
• 5.2.3 减振镗杆的仿真分析65-67
• 5.2.4 结果分析67-68
• 5.3 通过设计变量对杆体进行振动分析68-75
• 5.3.1 创建Vibration模块仿真剧本和设计变量69-70
• 5.3.2 设计目标函数70-72
• 5.3.3 刚度对刀头振动幅值的影响72-73
• 5.3.4 阻尼对刀头振动幅值的影响73-75
• 5.4 刚度和阻尼的优化分析75-77
• 5.4.1 目标函数和约束75
• 5.4.2 设计报告75-76
• 5.4.3 结果76-77
• 5.5 随机激励下杆体振动特性分析77-79
• 5.5.1 建立随机激励时域模型77-78
• 5.5.2 振动分析78-79
• 5.6 总结79-81
• 第六章 结论与展望81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 附录87-88
• 致谢88-89
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文89

【参考文献】

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1 张海丰;马术文;丁国富;谢斌斌;王建;;动力减振镗杆结构参数优化[J];机械设计与研究;2009年01期

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本文编号：1128630