功率超声珩磨颤振动力学模型的建立与分析

发布时间：2018-07-25 18:16

【摘要】：本课题在国家自然科学基金：基于非线性动力系统理论的功率超声珩磨临界型颤振基础研究(50975265)的资助下，主要对功率超声珩磨进行动力学分析，基于颤振理论研究的基础，通过对珩磨过程中动态珩磨力的分析，建立单自由度线性功率超声珩磨颤振模型。利用机床动力学和非线性动力学理论与方法，分别考虑基于非线性刚度和珩磨力非线性特性及综合考虑这两个非线性因素，建立相应的珩磨颤振系统的运动模型及运动方程，分析功率超声珩磨颤振系统的稳定性。对珩磨颤振进行仿真分析研究，分析各珩磨参数对珩磨加工稳定性的影响，揭示功率超声珩磨颤振机理。本论文主要的研究工作和成果有： 1.简要阐述珩磨系统自激振动产生的机理和特点，分别对速度反馈、位移延时反馈以及模态耦合三种不同机制的珩磨颤振进行建模和对其机理分析。 2.介绍了功率超声振动珩磨的工作原理，，建立了单自由度线性功率超声珩磨颤振系统的模型，基于非线性动力学，主要考虑非线性刚度与珩磨力非线性特性这两个非线性因素,分别建立了非线性功率超声珩磨颤振模型，再综合考虑这两个非线性因素建立非线性珩磨颤振模型并推出对应的振动方程。 3.分析功率超声珩磨颤振线性和非线性模型，推出对应的珩磨颤振稳定性方程，求得稳定性临界珩磨宽度。分析方程得到基于非线性理论建立的珩磨颤振动力学模型比线性珩磨颤振模型更具有优势来描述珩磨颤振。非线性颤振稳定性方程可以预测珩磨颤振发生的临界条件，并对珩磨颤振给出了一定的说明与解释。 4.通过计算机模拟仿真出珩磨系统稳定性临界珩磨宽度随主轴转速变化的仿真图，预测了稳定性极限。用Matlab仿真分析影响珩磨稳定性的主要因素，包括固有频率、重叠系数、珩磨刚度系数、阻尼系数对颤振稳定域的影响，得到这些因素与临界珩磨宽度最小值的关系，揭示功率超声珩磨颤振机理； 建立基于Matlab/Simulink数值仿真平台的仿真模型，将珩磨宽度取不同值，得到不同的珩磨颤振的时域图，振动系统存在明显的发生颤振的临界状态，通过仿真解释和预测发生珩磨颤振的临界条件，颤振时振动信号的幅值比正常珩磨状态有明显的增大； 最后对在进行超声珩磨加工时未发生颤振的缸套表面和发生过颤振的缸套表面用通过电子显微镜观测缸套表面微观形貌，并对二者进行比较分析。
[Abstract]:Supported by the National Natural Science Foundation of China: the basic research on the critical type of power ultrasonic honing based on the theory of nonlinear dynamic system (50975265), this paper mainly analyzes the dynamics of power ultrasonic honing, based on the foundation of flutter theory. Based on the analysis of dynamic honing force in honing process, a single degree of freedom linear power ultrasonic honing flutter model is established. Based on the theory and method of machine tool dynamics and nonlinear dynamics, the motion model and motion equation of honing flutter system are established by considering the nonlinear characteristics of nonlinear stiffness and honing force and synthetically considering these two nonlinear factors. The stability of power ultrasonic honing flutter system is analyzed. The effect of honing parameters on the stability of honing machining is analyzed and the flutter mechanism of power ultrasonic honing is revealed. The main research work and results of this paper are as follows: 1. The mechanism and characteristics of self-excited vibration in honing system are briefly described. The honing flutter of velocity feedback, displacement delay feedback and modal coupling are modeled and analyzed. 2. The working principle of power ultrasonic vibration honing is introduced, and the model of single degree of freedom linear power ultrasonic honing system is established. Based on nonlinear dynamics, two nonlinear factors, nonlinear stiffness and nonlinear characteristics of honing force, are considered. The flutter model of nonlinear power ultrasonic honing is established, and the nonlinear honing flutter model is established by considering these two nonlinear factors and the corresponding vibration equation is deduced. The linear and nonlinear models of power ultrasonic honing are analyzed, the corresponding honing flutter stability equations are derived, and the critical honing width is obtained. The results show that the honing flutter dynamic model based on nonlinear theory has more advantages than linear honing flutter model to describe honing flutter. The nonlinear flutter stability equation can predict the critical condition of honing flutter, and the explanation of honing flutter is given. The stability limit of honing system is predicted by computer simulation, which shows that the critical honing width of honing system varies with spindle speed. The main factors affecting honing stability, including natural frequency, overlap coefficient, honing stiffness coefficient and damping coefficient, are analyzed by Matlab simulation. The relationship between these factors and the minimum critical honing width is obtained. The flutter mechanism of power ultrasonic honing is revealed, the simulation model based on Matlab/Simulink numerical simulation platform is established, the honing width is taken as different values, and the time domain diagram of different honing chatter is obtained. The vibration system has obvious critical state of flutter. The amplitude of vibration signal in vibration system is obviously larger than that in normal honing state through simulation interpretation and prediction of the critical condition of honing chatter. Finally, the surface of cylinder liner without chatter and the surface of cylinder liner with over-flutter were observed by electron microscope during ultrasonic honing, and the two surfaces were compared and analyzed.
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TG663;TH113.1

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本文编号：2144636