基于电流变效应的车削颤振预报控制技术的研究

将电流变减振技术引入机床切削系统,研制了车床横刀架电流变液减振器。通过流变学动态模量测试方法,求得了该系统的附加阻尼和附加刚度,并对该系统振动响应特性进行了理论分析。研制开发了基于电流变效应的车削颤振预报控制系统。预报控制试验结果表明,利用该系统可以对机床切削颤振实施有效的预报控制。     

电流变减振器用于铣床振动控制的试验研究

试验研究了电流变减振器在铣床颤振控制中的应用。试验发现，电流变减振器的刚度及阻尼随外加电场强度的增加而增大，主振系统的振幅随电场强度的增加而减小。试验表明电流变减振器具有控振效果明显、结构简单的特点。只要场强选取适当，采用电流变减振装置可以控制铣床刀杆系统的颤振。     

电流变技术在机床颤振控制中应用的研究

研究开发了一种控制机床颤振的电流变减振器。理论分析和试验结果表明,电流变减振器的刚度及阻尼随外加电场强度的增加而增大,主振系统的振幅随电场强度的增加而减小。只要场强选取适当,采用电流变减振装置可以使铣床心轴的振幅降低50%～80%。试验在卧式升降台铣床上进行。     

基于主动磁轴承的切削颤振稳定性分析及控制

提出了基于主动磁轴承的铣削颤振主动控制技术。用有限元法分析了主动磁轴承等效刚度与等效阻尼对铣削稳定性区域的影响,并对铣削过程中的颤振进行了主动控制。结果表明:主动磁轴承的等效刚度能够改变电主轴转子的临界转速,但对铣削的临界切削宽度影响很小;相反,主动磁轴承的等效阻尼能够较大幅度地增大铣削的临界切削宽度,但对电主轴转子的临界转速影响不大。颤振的控制效果表明,调节主动磁轴承的等效刚度和等效阻尼能够减小铣削过程中颤振的振幅。     

电流变液减振器在抑制深孔切削颤振上的研究

针对深孔机床切削中的颤振问题,设计了一套基于流动模式的电流变液减振器,分析了电流变液减振器的阻尼力并得出其表达式;又通过对切削颤振产生原因的分析,推导出瞬时动态钻削力的表达式;并在研究了深孔机床切削过程的基础上,建立了切削系统动力学模型,得出安装电流变液减振器后的动力学方程。在给定动力学方程中的参数值后,通过计算机仿真,对比安装和未安装电流变液减振器后的振动时域图,时域图表明电流变液减振器能有效地抑制深孔机床的切削颤振。     

基于电流变液的大射电望远镜馈源支撑系统风振阻尼控制

针对新一代大射电望远镜机电光一体化创新设计悬索馈源支撑系统的随机风振响应问题,设计了一种电流变可调阻尼器来实现大射电望远镜悬索馈源支撑系统风振的附加阻尼控制,彻底解决了对于柔性悬索结构振动的附加阻尼控制难题。推导了电流变可调阻尼器的力学模型,并提出了相应控制策略。通过计算机仿真,验证了所设计的可调阻尼器的有效性,可使馈源支撑系统的风振降低５０％左右,可有效地提高馈源轨迹跟踪的精度。     

精铣削中抑制柔性工件颤振的阻尼器设计

针对精铣削过程中柔性工件的颤振抑制问题,提出了一种利用空气黏性的新型被动质量阻尼器。首先,该质量阻尼器由一个可在薄壁壳体内自由移动的圆柱形重物组成,通过重物和壳体之间的适当间隙提供了密集的能量耗散;其次,给出了该阻尼器的理论模型,并提出了一种合理的宽带调谐策略,使该阻尼器能够在较宽的工作范围内通过固定调谐来提供足够的阻尼效率。通过冲击实验和铣削实验对该阻尼器进行了有效性验证。结果表明:该阻尼器的临界轴向切削深度显著增加约100倍;与同等质量颗粒阻尼器相比,该阻尼器的阻尼效率明显提升,过度切削量减少了14倍;与传统调谐质量阻尼器相比,该阻尼器的峰值效率更小,但工作范围更大,因此适用于细长柔性工件的铣削加工。     

电流变液在结构振动抑制中的应用研究

根据结构抑振的应用要求,研制出了几种零场粘度低、有场粘度变化梯度大的电流变液,并设计制作了电流变液静态屈服应力测试仪,测试出了所研制的电流变液的静态屈服性能随电场强度和液体组份比变化的曲线。利用自制的电流变液,对含电流变液的夹层板振动进行了单模态抑制,由此得出电流变液对振动机理在于：一方面通过电流变阻尼效应降低结构振动响应的幅值,特别是共振峰的幅值;另一方面通过电流变刚度效应使结构的有效刚度增加,结构的共振点发生移动,从而使结构在共振频率激励下的振幅大大降低。对本文的夹层板模型,在３ｋＶ／ｍ ｍ 的电场强度下,第三阶模态的响应幅值降低了９０％ 。     

基于ERF的切削颤振控制建模与仿真的研究

针对电流变阻尼器抑制切削颤振存在的困难,设计了一种流动与剪切混合模式的电流变阻尼器。介绍了电流变液及电流变阻尼器的工作原理和性能特点;基于Bingham塑性理论,建立了流动与剪切混合模式的电流变阻尼器的力学模型。实验与仿真结果表明,电流变阻尼器能很好地实现振动的实时控制,并能有效地抑制切削颤振的发生。     

基于内置力执行器的铣削颤振的主动控制

高速加工中铣削颤振不仅降低工件的表面加工质量,严重时还会造成刀具或者其他加工部件的损坏,因此对电主轴铣削颤振进行控制具有重要的意义。为对电主轴铣削过程中的颤振进行有效控制,在双绕组无轴承感应电动机的基础上,提出一种具有内置力执行器的感应型高速电主轴结构,建立电主轴—刀具系统的有限元模型、动态铣削模型、双绕组感应型电主轴电磁力模型,在对具有内置力执行器的感应型高速电主轴电磁力进行解耦后,提出基于内置力执行器的电主轴铣削颤振的主动控制方案,通过仿真分析控制器的主要参数对电主轴铣削稳定性的影响。结果表明采用具有内置力执行器的感应型高速电主轴能够有效地提高电主轴铣削的稳定区域以及在抑制铣削颤振方面具有明显效果。     

含智能流变材料铝合金夹层板结构的动力学特性研究

通过对一种含电流变液铝合金夹层板智能结构的动力学实验与仿真，分析和研究该结构在外电场作用下的动力特性变化。实验发现，利用外部控制条件(电场强度)的变化，可以改变结构的固有特性，如自然频率、结构阻尼等，可实现对结构的主动控制。数值分析时采用粘弹性材料等效处理方法模拟电流变材料，计算得到的结构振动特性与实验结果吻合较好。实验与仿真计算结果均表明，随着电场强度的增大，结构固有频率也随之出现上升，且增幅与场强有关；同时，电流变材料对结构振动所产生的阻尼效应不仅受外加电场影响，还与外加激励频率有关，响应控制实验结果说明电流变材料对结构在固有频率附近所产生响应的控制效果要更为明显一些。     

基于电流变阻尼超精密气浮工作台建模及控制研究

随超精密装备加工精度和生产率的不断提高,直线气浮系统得到广泛重视和研究。为解决直线气浮系统抗干扰能力较差等问题,针对已开发的超精密直线气浮工作台,设计了电流变剪切模式阻尼器;建立了气浮工作台整体模型并基于屈服前后平滑过渡的Eyring连续本构模型通过辨识得出电流变剪切阻尼器类稳态模型;分别对零电场线性及高电场非线性电流变阻尼2种情况下的气浮工作台应用误差积分LQR控制器;为达到综合最优,进一步提出开关及滑模控制器,实验证实这2种控制策略均能同时提高系统的响应速度、减少建立时间,降低跟踪误差及纹波。     

电流变材料在结构振动控制中的非线性特性及理论模型

半主动振动控制结合了主动和被动控制的优点,得到了广泛的应用。一种采用电流变材料在线实时改变支撑条件的镗杆被设计用来对切削颤振实现半主动控制。通过试验发现当电流变材料处于屈服前后临界状态时,其在系统中相当于一参数可控的干摩擦阻尼器,致使镗杆的动态特性表现出明显的非线性。根据试验结果对含有电流变材料的镗杆建立了数学模型,从理论上对电流变材料在结构振动中处于屈服前后临界状态的条件和动态特性进行了分析。     

电流变阀外置的汽车双筒液力减振器的理论及试验研究

介绍了电流变阀外置的新型汽车减振器的理论、结构及试验研究。阐述了电流变液体减振器阻尼力和电场的关系,其阻尼力由两部分组成:一部分是由粘性阻尼引起的牛顿力,无电场作用时,作为普通的减振器用;另一部分是由所加电场引起的切应力,它与所加电场强度成正比。试验结果表明:所设计的新型汽车电流变液体减振器具有阻尼力变化大、响应快、控制容易、结构简单和能源消耗低等特点,满足了汽车工程的实际需要,具有重要工程实用价值。     

多层滑动极板式电流变阻尼器的动力学建模

研制了一种多层滑动极板电流变阻尼器 ,并进行了阻尼器的动态特性实验。基于 Bingham塑性理论 ,提出了一种考虑电流变阻尼器的粘性阻尼和库仑阻尼效应的力学模型 ,该模型具有结构简单 ,模型参数少的特点。利用阻尼器动态实验数据 ,用参数优化方法对阻尼器力学模型进行了参数识别 ,仿真结果表明这种力学模型可以较精确地模拟该阻尼器的动态特性     

电流变流体机械特性振动响应的研究

电流变流体是一种新型的智能材料,在工程中有广泛的应用前景。本文利用自行设计的测试装置通过对测杆振幅、共振频率等参数的测定,研究电场作用下电流变流体刚度及阻尼变化。根据实验研究提出变参数的粘弹阻尼力学模型,描述电流变流体在电场作用下附加阻尼和附加刚度。     

Chatter stability prediction in milling using time-varying uncertainties

The chatter stability in milling severely affects productivity and quality of machining. Tool wear causes both the cutting coefficient and the process damping coefficient, but also other parameters to change with cutting time. This variation greatly reduces the accuracy of chatter prediction using conventional methods. To solve this problem, we consider the cutting coefficients of the milling system to be both random and time-varying variables and we use the gamma process to predict cutting coefficients for different cutting times. In this paper, a time-varying reliability analysis is introduced to predict chatter stability and chatter reliability in milling. The relationship between stability and reliability is investigated for given depths and spindle speeds in the milling process. We also study the time-varying chatter stability and time-varying chatter reliability methods theoretically and with experiments. The results of this study show that the proposed method can be used to predict chatter with high accuracy for different cutting times.     

电流变阻尼器支承的转子系统不平稳振动测试

对采用一种剪切型电流变阻尼器作为支承的刚性转子系统进行振动测试,对比分析了电流变阻尼器外加电场电压不同时转子振动的特点。在适当的电压条件下可使转子振动明显减低。研究了转子振动控制过程中由于电场电压切换所造成的转子不平稳振动的时频变化规律。在稳定运行过程中,由于电压突变使转子振动产生波动．而转速均匀升降会对这种不平稳振动起到一定的镇定作用。     

Application of ER gel with variable friction surface to the clamp system of aerostatic slider

An electro-rheological fluid (ERF) is a functional fluid whose viscoelastic properties vary according to the intensity of the applied electric field. ERFs are mixtures of nonconductive silicone oil and inorganic/organic composite electro-rheological particles. The properties of ERFs have been exploited to control the performance of machine elements. ERFs have been applied to machine elements such as variable dampers and clutches. However, ERFs have disadvantages, namely the sedimentation of ER particles and the requirement of a seal mechanism. The sedimentation of ER particles reduces the ER effects and results in low stability of ER devices. In order to suppress the sedimentation, and thereby improve the performance of ERF devices, a new functional material called the gel-structured ERF (ERG) is developed, whose basic properties are analyzed in this study. The ER particles are suspended in the gel component, and thus will not precipitate out. This suppresses the decrease in the ER effect caused by precipitation. The ERG developed shows a large shear stress variation in response to the applied electric field. This high performance of ERG originates in a mechanism different from the ER effects of ERF. In order to elucidate the mechanism in ERG, the behavior of ER particles was observed under an electric field. The results show that the contact conditions at the interface between electrode and ERG change rapidly in response to the applied electric field, which result in a variation in shear force. On the basis of the results of a preliminary analysis, ERG was applied to the precision clamp system of an aerostatic slider, and its performance was assessed experimentally.     

Expressions for coefficients of electrorheological fluid dampers

Useful expressions are developed for the damping coefficient of two types of viscous dampers that contain electrorheological (ER) fluids. The damping action in the first type occurs in flow between stationary parallel plates; the second type has annular flow between two stationary concentric cylinders. For ER fluid control, an electric field is applied across the gap in which the fluid flow occurs. The solution for the concentric cylinder damper is based on a thin gap approximation. These solutions may facilitate solving mechanical systems problems, using ER fluids, and demonstrate the controllability of ER dampers.