轴向超声振动辅助磨削的磨削力研究

假设未变形磨屑厚度服从瑞利分布,推导了切削变形力的计算表达式;根据磨粒与工件的相对运动,探讨了超声振动对摩擦力的影响,分析了超声磨削时磨粒在砂轮切线方向上的摩擦力变化规律。综合切削变形力和摩擦力的理论分析,建立了轴向超声振动辅助磨削中磨削力的预测模型。对比实验的研究结果表明：由实验得到的磨削参数和振动参数对磨削力的影响规律与理论分析相一致,且仿真计算结果与实验测量结果的变化规律一致,从而验证了磨削力模型的可行性。     

超声振动辅助磨削完全烧结氧化锆陶瓷牙冠的实验研究

针对现有全锆牙在制作过程中存在二次烧结、收缩精度难以控制等问题,提出了采用超声振动辅助磨削完全烧结氧化锆陶瓷牙冠的方法。从理论分析的角度对其运动学特性进行了研究,并通过超声振动辅助磨削和普通金刚石磨削实验,对该方法的可行性进行了分析。结合牙冠的加工特点,重点研究了主轴转速对材料去除率、表面粗糙度以及最大边缘碎裂的影响规律。实验结果表明,超声振动辅助磨削不仅能提升材料的去除率,有效抑制出口边缘碎裂,同时降低了工件表面的粗糙度,是实现完全烧结氧化锆陶瓷牙冠高效低损伤加工的新方法。     

轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力建模EI北大核心CSCD

以单颗磨粒为对象,分析了轴向超声振动下磨粒的运动特性;在此基础上,将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切削变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒的运动方向和运动轨迹;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数;结合切向磨削力与热源强度的关系,以及温升是磨削表面残余应力产生的主要因素,建立了轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力模型。进行轴向超声振动辅助磨削45钢的表面残余应力实验,确定了模型的常数,并验证了所建模型的正确性。     

超声振动辅助磨削马氏体不锈钢表面粗糙度研究

针对强韧性材料铣磨、小孔磨削等工艺中,因磨削速度低所引起的磨削表面粗糙度不易改善的问题,提出采用轴向超声振动辅助磨削工艺进行加工的方法。从几何层面对轴向超声振动辅助磨削表面创成进行理论分析,并对9Cr18马氏体不锈钢开展磨削试验,对比了轴向超声振动辅助磨削与普通磨削条件下的磨削表面粗糙度及表面形貌。结果表明,轴向超声振动辅助磨削可有效改善磨削表面粗糙度,且改善效果受磨削参数的影响,其中磨削速度对轴向超声振动效果影响最大,进给速度及磨削深度影响相对较小。磨削速度及磨削深度的增加对轴向超声振动效果具有弱化作用;增大进给速度,轴向超声振动效果略有增强。     

基于扩张状态观测器的压电结构复合滑模振动控制

针对压电固支板振动系统的模型不确定、高次谐波和外部激励等干扰问题,设计出一种基于线性扩张状态观测器与滑模控制的复合振动主动控制策略。首先,基于辅助变量法建立压电固支板结构的数学模型,进而设计线性扩张状态观测器对系统状态变量与总干扰进行实时估计,再通过前馈通道补偿的方式,抵消模型误差、外界激励等干扰对系统的影响;然后,基于估计值设计滑模控制器,利用较小的切换项增益抑制观测器的估计误差,从而降低滑模控制的抖振,并利用李雅普诺夫稳定判据准则分析所提振动控制系统的全局稳定性。最后,基于NI-PCIe6343采集系统,搭建振动控制实验平台,并对设计的复合振动主动控制策略进行实验。实验验证结果表明,所提振动控制策略对压电固支板的振动幅值降低87.5%,具有较强的抗干扰能力且对压电固支板的振动抑制性能良好。     

基于模糊控制的压电挠性梁的振动主动控制实验研究

针对压电智能挠性悬臂梁进行了基于模糊振动控制研究.首先推导了压电智能挠性悬臂梁的控制方程.基于查表法设计振动模糊控制器,并在此基础上运用了一种修正技术提高模糊控制精度,提出采用修正Fuzzy-PI双模控制方法,设置信号阀值实现Fuzzy控制和PI控制的切换,设计了挠性悬臂梁振动主动控制算法.建立了压电智能挠性悬臂梁的实验平台,采用提出的控制方法对悬臂梁振动进行实验研究,实验结果表明:振动被快速抑制,系统的动态、稳态性能方面优于普通模糊控制器.     

轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力建模

以单颗磨粒为对象,分析了轴向超声振动下磨粒的运动特性;在此基础上,将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切削变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒的运动方向和运动轨迹;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数;结合切向磨削力与热源强度的关系,以及温升是磨削表面残余应力产生的主要因素,建立了轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力模型。进行轴向超声振动辅助磨削45钢的表面残余应力实验,确定了模型的常数,并验证了所建模型的正确性。     

新型超声椭圆振动无心磨削技术

本文提出一种以超声椭圆振动板取代传统导轮的新型无心磨削技术,通过对该部件中的压电陶瓷（lead zirconate titanate,PbZrTiO3,PZT）施加交流电压,在该板端面产生超声椭圆振动并控制工件的旋转速度.从振型、激振方式、结构和尺寸等方面,对该超声椭圆振动部件进行了设计,研究了输入信号参数（频率、相位差和电压幅值）与振动部件中金属板端面超声椭圆振动的形状和幅值之间的关系.实验结果表明,该超声椭圆振动板具有良好的性能,其端面的超声椭圆振动能精确控制工件旋转的速度.最后,采用改进后的超声椭圆振动无心磨床对初始直径为1 mm～5 mm的微小圆柱形工件进行了磨削实验.实验结果表明,磨削后工件的圆度误差从20μm下降至3μm     

多稳态压电振动能量采集器的非线性动力学特性及其实验研究

为了提高非线性双稳态压电振动能量采集器的输出性能,提出了一种基于磁-机-压电耦合的非线性多稳态振动能量采集器,通过在双稳态压电振动能量采集器模型基础上增加一对外部磁铁,构造了具有四个稳态的非线性压电振动能量采集器。利用磁偶极子理论建立了采集器悬臂梁末端磁铁与外部磁铁之间的非线性磁力模型;利用Hamilton原理和Raleigh-Ritz方法建立了四稳态压电振动能量采集系统的分布参数机电耦合动力学模型;仿真分析了磁铁水平间距和外部磁铁间距等参数对系统非线性磁力、非线性分岔特性和动力学特性的影响。制作了四稳态压电振动能量采集器原理样机,搭建了样机性能测试平台,实验结果与仿真结果具有较好的吻合度。研究结果表明四稳态压电振动能量采集器可以在低激励水平作用下显著提高能量收集效率,且具有较宽的工作频带。     

悬臂梁压电振动能采集器的集总参数模型和实验验证

压电振动能采集器是无线传感节点的一种理想电源,近年来受到广泛关注．考虑质量块和逆压电效应影响,建立了在基础激励作用下的悬臂梁压电振动能采集器的集总参数运动微分方程,得到了采集器固有频率的解析表达式．引入了2个反映压电层连接方式的常数,建立了对单压电层、双压电层并联和双压电层串联的悬臂梁压电振动能采集器均适用的耦合电路方程．求解以上方程,得到了简谐基础激励下的输出电压表达式．实验结果表明,固有频率和输出电压表达式的相对误差分别小于10％和20％．     

改进型FULMS算法实现压电机敏框架结构振动抑制

航空航天器结构振动主动控制研究一直非常活跃,其中自适应滤波FULMS算法构成主要控制方法之一,但该算法存在一个如何提取有效参考信号的问题。提出一种改进型FULMS振动控制算法,算法过程是通过从振动结构中直接提取振动响应残差信号,进而基于控制器结构和算法过程数据构造出参考信号,满足于激扰信号的相关性并进入算法控制过程;在此基础上,构建了一种压电机敏框架结构和实验平台进行实验验证,阐述了实验模型结构模态分析、分布式压电传感器和驱动器优化配置,以及实验平台构建和实验过程分析。研究结果表明,改进型FULMS算法较为有效地解决了参考信号实际获取问题,并具有良好的收敛性和结构振动抑制效果,对自适应滤波振动控制算法进一步实用化具有良好意义。     

压电式振动辅助攻丝装置

在攻丝过程中，丝锥所受的扭矩会随着丝锥的进给而增加．扭矩过大会导致丝锥的断裂．为了解决丝锥的断裂问题，设计了一种辅助攻丝装置．该装置由一个弹性变形框架和一个压电元件组成．它能将压电元件的直线往复运动转化成丝锥的螺旋往复运动，模仿手工攻丝过程中的前妙后退交替运动，只是往复运动的频率很高．该辅助攻丝装置被装夹到一台立式铣床上进行了攻丝实验．实验结果显示，使用辅助攻丝装置能够明显降低攻丝扭矩．文中对攻丝扭矩进行了理论探讨并对扭矩与攻丝过程参数的相互关系进行了分析研究．辅助攻丝装置还能够用于其他加工过程，例如钻削、铣削等，可减小加工力，提高加工效率．     

基于压控电荷源和小波变换自适应算法的主-被动压电振动控制

针对压电被动振动方法中电路参数环境适应能力差、电路复杂和压电主动振动方法需要较高的输入功率问题,提出了一种基于压控电荷源和小波变换自适应算法的振动主-被动控制策略。首先,针对压电片等效电路的特点,设计了压控电荷源电路,并阐述了主-被控制方法的控制原理;对于压控电荷源的控制电压,引入了小波变换自适应算法,提高了系统的自适应能力。最后,基于dSPACE实时仿真系统,利用模拟电路和压电元件,设计并建立了四边固支的压电合金板的主-被动振动控制实验平台,对提出的方法进行了正弦和白噪声激励下的振动控制实验研究。结果表明,提出的方法能够有效的抑制压电合金板结构由于正弦激励引起的单模态和多模态振动,且能有效抑制白噪声激励引起的随机振动。     

工程陶瓷高效平面磨削表面波纹度试验研究

 以氧化铝和氧化锆两种工程陶瓷在高效磨削条件下的磨削振动和表面波纹度为研究对象，概述了磨削表面波纹度的定义和评价方法以及产生波纹度的原因，在超高速平面磨削实验台上进行磨削工艺试验，通过改变砂轮线速度、进给速度和磨削深度，分析了磨削参数对零件表面波纹度的影响。在试验研究的基础上，对磨削表面波纹度的影响因素和机理进行分析和讨论。试验结果表明，在陶瓷材料高效平面磨削中，砂轮线速度和进给速度是影响磨削颤振与表面波纹度的主导因素。在如120 m/s的较高砂轮线速度时，磨削过程振动主要是由强迫振动引起，工件表面质量好于低速情况。在保证较高磨削效率的前提下，陶瓷材料的高效磨削更适合在大切深和小进给速度条件下进行。     

基于布局优化的压电分流阻尼抑振实验研究

建立了带压电分流阻尼系统的四边固支正方形弹性薄板振动控制的实验模型。针对其前五阶模态振动响应的抑制问题,以压电元件存储的电能最大化为优化目标,对采用多个压电元件的压电分流阻尼系统进行了布局优化分析。将压电元件布局优化后的压电分流阻尼系统应用于弹性薄板的多阶模态振动响应的抑制实验,分别研究了不同压电元件数量和布局对抑振效果的影响。在压电分流阻尼抑振实验中,与分流电路开路时相比,电路闭路后弹性薄板的频响函数在对应的模态频率处的幅值分别降低了11.90dB、16.94dB、16.94dB、19.91dB和16.77dB,说明经过布局优化后的压电分流阻尼系统使弹性薄板的前五阶稳态响应都得到了很好的抑制。同时也进行了非优化布局的压电分流阻尼抑振实验,实验结果对比表明,对压电元件进行布局优化可以明显提高压电分流阻尼系统的抑振效果。     

SiC_p/Al超声振动辅助磨削砂轮选择方法研究

使用电镀金刚石砂轮、钎焊金刚石砂轮、陶瓷结合剂烧结金刚石砂轮和树脂结合剂烧结金刚石砂轮超声振动辅助磨削铝基碳化硅(SiC_p/Al),将砂轮磨损、材料去除、磨削表面形貌进行了对比分析,给出SiC_p/Al超声振动辅助磨削砂轮的选择方法。结果表明,陶瓷结合剂烧结金刚石砂轮在超声振动辅助磨削SiC_p/Al的过程中具有磨削过程平稳、材料去除均匀、工件表面质量好、砂轮磨损小的特点,是磨削SiC_p/Al的理想砂轮。本文的研究工作作为SiC_p/Al磨削工艺研究领域的一个方面,对SiC_p/Al磨削过程中砂轮的选择研究具有一定的指导意义。     

微磨削与超声振动复合加工技术研究现状与展望

微细切削技术是传统加工工艺向微观尺度的延伸,在微加工领域具有重要的作用,尤其适用于三维零件及微结构的加工。与其他微细切削技术相比,微细磨削技术具有加工零件棱边精度高、适于硬脆性材料加工等优势,但其存在加工效率低、磨削热量大、微砂轮易磨损等缺陷。已有研究表明,于机械加工辅加超声振动的复合加工技术可有效降低切削力、切削温度,增大脆性材料脆-塑转变临界切削深度,改善加工表面质量等。因而超声振动辅助微磨削技术被认为是一种可有效解决微磨削加工现存缺陷的技术。主要从微磨削技术研究现状、尺寸效应机理研究、脆性材料塑性域去除机理研究、超声振动切削实验研究、超声振动切削断续切削机理研究及微磨削动态有效磨刃密度建模研究六个方面,对微磨削技术及超声振动辅助切削技术相关领域研究进行综述,并探讨超声振动辅助微细磨削技术加工机理研究及未来发展需注重解决的问题。     

超声振动辅助磨削牙科氧化锆陶瓷切削力预测模型研究

通过单因素实验设计,开展了牙科氧化锆陶瓷的超声振动辅助磨削实验,分别建立了超声振动辅助磨削加工切削力指数预测模型、BP神经网络预测模型以及理论预测模型。通过验证实验对比分析了三种模型的预测精度,并阐明了误差产生的原因。结果表明,基于BP神经网络的切削力预测模型相对于指数和理论模型具有较高的预测精度,其平均相对误差仅为9.60%,理论模型因未能考虑材料的塑性流动去除,导致预测精度较低。     

二维超声振动磨削陶瓷的表面质量试验研究

采用金刚石砂轮对陶瓷材料进行了不同参数下的普通磨削和二维超声振动磨削试验,对获得的不同表面质量特征及不同的加工参数对表面质量的影响进行了分析。实验结果表明,在同样的加工条件下,超声振动磨削表面的沟槽浅而宽,在超声振动下砂轮不易堵塞,利于使用细砂轮磨削,因此超声振动磨削可以提高陶瓷材料的表面质量。     

基于拓扑优化的压电分流阻尼抑振实验研究

将结构拓扑优化引入压电分流振动抑制中,以压电元件的分布面积为设计变量,压电元件产生的电荷最大化为优化目标,对压电元件的拓扑进行了优化以获得最佳抑振效果。针对悬臂梁结构,得到了对不同的结构模态进行抑制时的压电元件最优拓扑构型。建立了带有压电分流阻尼系统的悬臂梁振动控制实验模型,将压电元件拓扑优化后的压电分流阻尼系统应用于悬臂梁多阶弯曲模态的振动响应抑制实验,并对比分析了带最优拓扑和非优拓扑压电元件的悬臂梁压电分流阻尼抑振效果。结果表明,对压电元件进行拓扑优化可以明显提高压电分流阻尼系统的抑振效果。