电流变技术应用于切削颤振控制的理论研究

设计了一套基于剪切模式的电流变阻尼器，并应用于抑制切削振动与颤振控制。分析了阻尼器阻尼力谷式及影响因素，得到简化的切削系统动力学模型。通过对动力学模型的分析并仿真了减振率随电场强度变化趋势，为后续的电压控制方案提供了理论依据。     

电流变液减振器及其在切削颤振控制中应用的研究现状

电流变液是表观粘度随外加电场变化的一种胶质悬浮液。基于此良好的机电耦合特性 ,附加电流变液的减振器为在机械系统与结构中引入半主动控制技术提供了最佳的手段。本文介绍了电流变液、电流变效应和电流变液减振器的工作方式 ,并结合国内外的研究现状对应用于切削颤振控制领域中的电流变液减振器进行了综合评述。最后 ,对目前制约电流变液减振器应用的因素也进行了讨论。     

变结构参数的车削颤振建模仿真及控制

针对车削加工中的颤振现象,设计一种车床横刀架的电流变减振装置。首先,根据机床的结构和工作原理,建立基于电流变减振装置的车削系统动力学模型,分析车削系统的阻尼比和刚度对车削稳定性的影响。然后,采用振动响应方差及自相关系数作为颤振预报的综合判据,开发具有在线监测及自适应控制功能的车削颤振神经网络控制系统。最后,进行基于电流变效应的车削颤振神经网络控制试验。结果表明,不同车削条件下,达到最佳减振效果的控制电压不同,该控制系统均可以有效地预报车削颤振并自适应调整控制电压,减小振动响应幅值,抑制车削颤振。     

错齿BTA深孔振动钻削刀具系统径向减振特性研究

BTA深孔钻削刀具系统刚性差,加工过程极易发生多个方向的颤振,而刀具颤振对孔的加工精度和刀具的使用寿命具有重要影响。根据错齿BTA内排屑深孔钻刀具系统的特点,构建了深孔钻削过程刀具系统径向动力学模型,通过其特征方程研究了径向动力学特性。为了获得普通钻削与振动钻削条件下刀具系统径向振动的行为特征,将切削加工过程离散为满足状态方程连续条件的多个微小切削单元,并采用差分方程求解方法给出了普通钻削与振动钻削过程刀具径向振动位移的数值解。仿真和实验结果表明,所建立径向动力学模型的求解结果与实验结果相吻合,振动钻削对刀具系统径向振动具有较强的抑制效果,与普通钻削相比,孔加工圆度和表面粗糙度都有了明显改善。     

外圆车削颤振的半主动模糊控制

智能材料由于其响应速度快、特性参数易于调控、能耗小等特点,而被越来越多的用于振动控制系统中。针对细长轴类零件外圆车削加工中的颤振现象,研制了基于智能材料——电流变液的车削颤振减振装置,理论分析表明：不同切削条件下,获得最佳减振效果的控制电压并不相同。由此,开发了基于电流变材料的车削颤振模糊控制系统,进行了半主动模糊控制试验。试验结果表明：在不同的切削状态下,该模糊控制系统均可以自适应地调整控制电压,减小切削系统的加速度响应,抑制车削颤振     

电流变液静压导轨系统静动态特性研究

研究了一种以电流变液为润滑介质的静压导轨系统静动态特性。利用液阻网络理论,在分析电场强度与电流变液黏性关系,综合考虑关联参数的基础上,建立了电流变液静压导轨系统的CFD计算数值模型。根据摄动理论,利用Fluent动网格技术,研究了在不同工作变量下电流变液静压导轨的静动态特性。研究结果表明:电场强度、负载因素与初始压力比等工作变量均会对电流变液静压导轨系统性能带来影响;电场强度增强会使系统流量减小,阻尼系数增大,但不会对系统静刚度带来影响;改变切削力载荷频率,导轨系统会出现共振现象,增强电场强度可显著提高系统动刚度,抑制共振时的最大振幅。实验结果与仿真数值一致,为电流变液静压导轨的设计应用提供了理论参考依据。     

切削加工系统的稳定性分析

本文根据一台数控车床的实际加工过程,建立了切削系统的动力学模型,并导出了切削过程闭环系统的传递函数。这一动力学模型,概括了再生型颤振和振型耦合颤振原理。稳定性分析所用的结构传递函数和动态切削力系数,是根据切削系统解耦的条件,在切削过程中辩识和测量得到的。稳定性分析得到的极限切削宽度值与切削颤振试驻的实验值,可良好地吻合。稳定性极限值的大小与左刃或者右刃切削方式,走刀量以及切削速度等因素有关。文中建立的切削过程动力学模型和稳定性分析方法,可用于预测加工过程的稳定性。     

细长轴切削颤振的稳定性分析和实验研究

为了对细长轴的加工颤振进行稳定性研究,在对细长轴切削颤振机理的研究基础上,建立了刀具和细长轴耦合振动的两自由度系统的再生型颤振分析模型。利用解析法对时滞的动力学方程进行稳定性分析,得出了关于切削宽度和转速的稳定性切削极限图。从结果中可以得出两自由度系统的极限切削宽度比单自由度系统减小了28.6%。该成果可以为柔性零件的高效稳定加工提供理论切削参数。在车铣复合中心上进行了细长轴的切削颤振实验,通过与稳定性极限图的对比,发现实验结果与理论研究相吻合,并且总结出颤振发生前后刀具和细长轴的振动特性变化规律。这种振动特征的变化过程是对加工颤振进行监测和预警的重要识别指标     

切削颤振的相位特性研究

基于切削颤振动力学模型，分析了切]削颤振的相位特性－工件前后两转切削颤振信号间相位差在颤振建立过程中的变化特征。结果表明，随着颤振的产生，该相位差由无序状态逐渐过渡到相对稳定的状态，并且相位差在颤振产生初期就已经相对稳定。同时对相位差的在线测试方法也进行了深入的研究。结果表明，利用等工件转角间隔采样通过互功率谱密度方法可以实现相位差的精确在线测试。最后对切削颤振的相位特性进行了试验考证。     

基于硅油减振器的螺纹旋风铣削刀盘系统抑振研究

螺纹旋风铣削的多刀具断续切削方式将加剧刀盘与工件间的交互冲击,引起刀盘系统的扭振,影响加工质量。以旋风铣削刀盘系统为研究对象,针对其在周期性切削力矩下发生扭振的特点,提出在铣削刀盘上安装硅油式减振器的抑振方案,进而建立基于硅油式减振器的旋风铣削刀盘系统动力学模型,对模型进行幅频特性分析,并对有无减振器两种方案下旋风铣削刀盘系统的动力学响应特性进行分析,以研究硅油式减振器对旋风铣削刀盘系统的减振效果。结果表明：硅油式减振器可有效地减小旋铣刀盘系统在不同切削频率下的振幅。当系统发生共振时,基于硅油式减振器的旋铣刀盘系统的响应幅值可降至7.10×10-4rad,降低了刀盘系统的扭振对螺纹工件加工质量和刀具寿命等的影响。     

电流变体特性及电流变体应用器件的进展

本文详细评述了电流变体(ERF)材料的组成、工作机理及其流变力学性能,提出以Bingham塑性体来近似描述电流变体的流变特性,综述了电流变体在智能材料、汽车离合器、液压阀门等器件中的应用,给出了含电流变体的双层智能复合材料梁单层、双层加电状态对其振动特性的影响,设计了含电流变体的主动控制式减振器,并对其在外加电场作用下的减振性能进行了评价。     

电流变液对活塞式结构振动的控制

本文研究了电流变液和弹簧所组成的粘弹性型活塞式结构的振动.实验表明,随外加电场强度增加,结构振动幅值减小,系统谐振峰向高频方向移动.这种效应在振动低频区段更为显著.据此可制作阻尼可控结构.     

温度对电流变流体流变行为的影响

研究了温度对硅铝酸盐、沸石、高分子、钛酸钡悬浮相电流变流体(ERF)抗剪强度及表观粘度的影响规律,结果表明,温度的作用规律主要受外加电场强度和悬浮相数量的影响,与剪切速率的大小无明显关系。温度升高,在高的外加场强下,硅铝酸盐系ERF和沸石系ERF的抗剪强度有明显峰值出现;高分子材料悬浮相ERF也有峰值现象;BaTiO3悬浮相ERF的抗剪强度则单调下降。     

电流变体智能材料在交变电场下的透光性能研究

电流变体作为智能材料作动器的一种,在外加电场的作用下,其材料性能会发生显著的变化。本文主要研究了二氧化硅／淀粉复合颗粒电流变体在交变电场作用下的透光性能的变化。对不同浓度的流体、不同外加电场强度,不同外加电场频率以及不同电极间距几种情况下电流以变体的透光性均进行了测试。     

An analytical tim6 domain evaluation of the cutting forces in BTA deep hole machining using the thin shear plane model

This paper presents an analytical approach to describe the cutting forces in 1ST A deep hole machining processes in the time domain. The method takes into account the effect of different machining conditions. Since the cutting velocities employed in BTA deep hole machining process are relatively high, and since small chips are produced due to the presence of tool chip breakers, the analysis is developed on the basis of the thin shear plane model.

The cutting velocity is a linear function of radius and the rake angle. Cutting is different in the two regions of the cutting tool, so the total cutting force acting on the cutting tool is determined by integrating the force on a small incremental thickness of the cutting tool. This approach, to predict the value of the cutting forces without resorting to any empirical techniques, clearly illustrates the effect of various system parameters on the machining process.

The resultant force system on a new BTA cutting tool consists of an axial force and torque. But with the increase in the number of holes bored, not only does the cutting profile deteriorate, but the wear pads do too. The resultant force system will then consist of three force components and a torque, due to the fact that the forces are not balanced at the wear pads. Under such conditions, the cutting force equations derived in the latter half of the paper, coupled with the properties of the randomly varying component, can be used as the forcing function on the machine tool to evaluate not only the response but also the regions of stability and instability during the machining.     

Characteristics of an electrorheological damper in a vibration insulator

A theoretical analysis and experimental study have been performed on the vibrations of a single-mass system having a viscous-friction damper involving an electrorheological suspension whose viscosity and elasticity are adjusted by means of an external electric field.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 52, No. 2, pp. 237–244, February, 1987.     

Inhomogeneous electric field generated by two long electrodes placed along parallel infinite walls separating different dielectric media

Analytical solutions for the electric potential in different mixed-boundary-value problems are found by use of the Wiener-Hopf method. The problem arises in the investigation of the influence of a non-uniform electric field on an electrorheological fluid flowing through a plane channel. The solution is given in terms of infinite series involving Gamma functions. The electric field in the vicinity of the electrode edges is evaluated asymptotically. Some parametric studies are made with respect to the ratio between the permittivity of the electrorheological fluid and the permittivity of the isolating material outside the channel. Numerical solutions are also given.This revised version was published online in July 2005 with a corrected pagination.