一种由干摩擦引起的车床切削颤振

建立了由刀架弹性子系统及工件弹性子系统在非线性动态切削力耦合下的多自由度颤振模型。通过数值模拟显示了此系统存在内共振现象,此时两个子系统的振幅会相互影响显著增大。同时利用平均法求出了此系统的1:2内共振的近似解析解,相应求得两个子系统的一组稳态振幅曲线,通过分析解释了系统发生切削颤振的原因及条件,为解决切削颤振问题提供了新的途径。     

铣削过程颤振稳定性分析的研究进展

综述铣削过程颤振稳定性分析的研究概况和进展。颤振建模和稳定性分析是该方法两个关键环节。依据颤振形成的物理条件,将其分为摩擦型颤振、振型耦合型颤振和再生型颤振。从切削过程的非线性和切削系统的非线性两方面,重点介绍再生型颤振的非线性建模的研究成果。稳定性分析方法根据对颤振模型的求解方法,分为频域法、离散法及数值法,概括了各个方法的特点、效果及适用工况。最后介绍了近来兴起的微细铣削研究领域中颤振稳定性分析的研究成果。由于其尺度效应,微细铣削加工具有独特的加工机理和特点,颤振建模中需考虑的因素与传统铣削多有不同,但稳定性分析方法仍大多沿用传统铣削中的方法。     

结构参数对机翼非线性颤振系统混沌运动特性的影响

机翼非线性颤振系统中的混沌运动是一种复杂的非线性动力学现象,研究结构参数对机翼非线性颤振系统混沌运动特性的影响,对非线性动力学系统的混沌运动控制具有重要意义。建立具有立方型非线性操纵刚度的带操纵面二元机翼的颤振方程,采用数值积分方法分别获得该非线性颤振系统在不同阻尼水平和不同操纵刚度下的分岔特性图。对分岔特性图进行对比分析结果表明：操纵面的操纵刚度并不影响系统的混沌运动特性,而操纵面偏转自由度或机翼俯仰自由度上的阻尼将会影响系统混沌颤振区域内的周期窗口,进而影响系统的混沌运动特性,特别是两自由度中任意一个的阻尼水平减小到一定程度时,系统混沌颤振区域内的周期窗口都将会消失;但是,单一的减小某个自由度上的阻尼水平,会使机翼非线性颤振系统的颤振临界速度降低。为了使得该系统在混沌颤振区域内不产生周期窗口又不降低其颤振临界速度,可采用在减小俯仰自由度阻尼的同时增大操纵面偏转自由度阻尼的方法。     

二元机翼的双稳环颤振及多重环分叉分析

本文利用等效线化及数值计算方法,研究了带初偏间隙型非线性俯仰刚度的二元颤振系统的双稳态极限环颤振特性,给出了极限环稳定区间的稳定性判据.分别分析了初偏参数及速度参数对非线性颤振系统分叉曲线的影响及系统的分叉特性,并用数值计算方法得到精确的分叉参数值.本文为动力学系统的分叉研究提供了一个有实际意义的力学模型.     

考虑刀杆结构非线性的铣削过程颤振稳定性与主共振

研究考虑铣刀杆结构非线性和阻尼的颤振稳定性以及主共振。将刀杆简化为平面弯曲悬臂梁结构模型。为了在模型中考虑结构阻尼的影响,假定刀杆由黏弹性材料构成。结合包含再生时滞效应和周期激励的切削力模型,根据Hamilton原理建立非线性运动方程。采用Galerkin法将非线性偏微分运动方程进行化简,导出主坐标表示的非线性常微分运动方程。通过时域数值积分得到铣削系统的稳定性lobes图。采用多尺度法对非线性常微分运动方程进行摄动求解,导出非线性切削系统在周期激励下的主共振响应的近似封闭解。研究刀杆的几何尺寸、结构阻尼、切削力系数、切削深度、齿数和切削力幅值等参数,对铣削过程非线性lobes图以及主共振响应曲线的影响。结果表明,增加刀杆的长度或者降低铣削过程的临界切削深度;切削力系数越大,临界切削深度越小;增加结构阻尼能够明显提高铣削过程的颤振稳定性;主共振响应峰值向右偏斜,由于切削系统存在三次刚度非线性,主共振响应曲线表现出典型的硬弹簧Duffing振子的特性,出现跳跃性和多值区域。     

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     

超音速弹翼非线性颤振分析与控制

摘　要：研究超音速弹翼非线性气动弹性稳定性与主动控制问题。采用三阶活塞理论建立含间隙弹翼非线性气动弹性动力学方程,分别利用Hopf分岔理论及数值方法给出系统的线性与非线性颤振速度,应用基于微分几何法及二次型最优控制相结合的方法,设计非线性系统控制器。最后分析控制器及系统参数对控制效果的影响。仿真结果表明设计的控制器可有效地实现对非线性系统颤振的抑制。     

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。     

滞后型切削颤振诊断技术的研究

着重讨论了滞后型切削颤振的诊断原理和诊断方法。理论分析和试验结果证明，滞后型切削颤振系统的稳定性和切削力信号Ｆｙ（ｔ）相对于振动加速度信号ｙ（ｔ）的相位差ρ存在某种一一对应的关系。因此，可以通过测量切削过程中切削力信号Ｆｙ（ｔ）相对于振动加速度信号ｙ（ｔ）的相位差ρ的大小来诊断生产现场中发生的颤振是否属于滞后型颤振。试验在普通车床上进行。     

混沌特征量识别切削颤振的试验研究

针对切削颤振具有的非线性,传统信号处理方法不能全面揭示颤振特征及难以识别预报等问题,通过改变切削速度及深度的多组切削试验,获得从平稳切削到颤振状态完整过程的多组振动加速度信号,采用关联维数、最大Lyapunov指数及Kolmogorov熵等分析测试信号的混沌特征。结果表明,三个混沌特征量均能从不同角度较好揭示切削过程从平稳到颤振的变化规律。多混沌特征可能将是识别预报颤振的新方向。     

刹车系统的摩擦自激振动和控制

研究刹车系统的摩擦自激振动和控制问题。采用LuGre 模型计算摩擦力,建立了两自由度盘式刹车系统的动力学模型。通过平衡点的稳定性分析,给出Hopf 分岔失稳的临界速度。应用基于微分几何法和线性二次型最优控制相结合的方法,设计单输入单输出的非线性系统控制器,以便通过推迟系统的分岔临界速度,减少减速型刹车过程中的摩擦颤振,避免刹车啸叫。最后分析了控制器和系统参数对控制效果的影响。仿真表明,该控制器能有效的抑制刹车系统中的摩擦自激振动。     

1420冷连轧机的动态特性及颤振分析

冷连轧的颤振现象是世界各国普遍关心的课题。针对我国某钢厂1420冷连轧出现的颤振现象,从实测人手分析了它的振源和颤振频率,又用有限元分析方法验证了机座发生颤振的实验结论。作为颤振振因的深化研究,对颤振出现前的“拍振”现象进行了分析,推证了轧制过程中有一个自激频率,存在,而且当它与轧机系统的某个固有频率无限接近时会立即引起轧机工作的不稳定。最后,通过建立该系统的非线性扭振微分方程和它的摄动解,进一步证明这种不稳定现象出现是由于轧制速度提高到一定值时系统内产生了负阻尼,其结论是负阻尼是引起轧机颤振的振因。     

裂纹转子弯扭耦合振动非线性特性分析

以非线性涡动影响下的水平Jeffcott裂纹转子为研究对象,分别建立了刚性支承的纯弯曲振动、弯扭耦合振动和轴承支承的弯扭耦合振动三种运动微分方程,针对三种模型,分析了裂纹转子系统响应的分叉与混沌特性。数值计算结果表明： 较大时,三种模型下的弯振分叉图均呈现出复杂的非线性特性,尤其在 附近,各种周期、拟周期和混沌响应交替出现,阵发性特点非常明显,系统由拟周期路径通向混沌。模型1、2的弯振分叉图特性基本相似,模型3则具有更为复杂的非线性特性。模型2、3的扭振分叉图与各自的弯振分叉图极为相似,且非线性特性也基本相同。分析结果有助于更充分了解裂纹转子的动力学特性。     

含干摩擦的二自由度制动系统颤振分析

以二自由度颤振系统为对象,对含有干摩擦的制动系统的颤振分岔、粘滑等复杂的非线性动力学行为进行研究。采用非线性摩擦系数、用二自由度的制动模型取代单自由度模型,建立相应的系统动力学模型;利用Runge-Kutta-Fehlberg(RK45)法数值分析与研究了系统动力学特性,得到随制动速度、支撑刚度和阻尼变化的质量块颤振振幅的变化曲线,分析发现:系统在低速下出现颤振现象,系统的支撑刚度和阻尼对其颤振的剧烈程度具有一定的影响,合理的系统参数能够减轻系统的颤振。     

Integrated approach for prediction of stability limits for machining with large volumes of material removal

High-speed machining of thin-walled structures is widely used in the aeronautical industry. Higher spindle speed and machining feed rate, combined with a greater depth of cut, increases the removal rate and with it, productivity. The combination of higher spindle speed and depth of cut makes instabilities (chatter) a far more significant concern. Chatter causes reduced surface quality and accelerated tool wear. Since chatter is so prevalent, traditional cutting parameters and processes are frequently rendered ineffective and inaccurate. For the machine tool to reach its full utility, the chatter vibrations must be identified and avoided. In order to avoid chatter and implement optimum cutting parameters, the machine tool including all components and the work piece must be dynamically mapped to identify vibration characteristics. The aim of the presented work is to develop a model for the prediction of stability limits as a function of process parameters. The model consists of experimentally measured vibration properties of the spindle-tool, and finite element calculations of the work piece in (three) different stages of the process. Commercial software packages used for integration into the model prove to accomplish demands for functionality and performance. A reference geometry that is typical for an aircraft detail is used for evaluation of the prediction methodology. In order to validate the model, the stability limits predicted by the use of numerical simulation are compared with the results based on the experimental work.     

机床颤振的早期诊断与在线监控

本文基于大量试验,分析了在切削从平稳走向失稳的过渡过程中,机床振动的加速度信号的特征变化,并引入几个特征量和模式向量平面来描述这些特征变化,以实现颤振的早期诊断.根据所建立的机床颤振的非线性理论及模型,讨论了颤振振幅与切削用量的关系,并制定了颤振的在线控制策略. 根据以上结果,把早期诊断与在线控制有机地联在一起,建立了颤振的在线监控试验系统.大量试验表明,机床颤振的早期诊断与在线监控这一技术思想是切实可行的.     

柔性关节空间机械臂奇异摄动自抗扰控制仿真研究

针对不同重力环境条件下考虑摩擦、关节刚度非线性与外扰影响的柔性关节空间机械臂的控制问题,提出了一种基于奇异摄动理论的自抗扰控制方法。首先建立了柔性关节空间机械臂在地面重力和空间微重力环境下的动力学模型;然后采用奇异摄动法将系统模型分为快变子系统和慢变子系统,针对快变子系统设计速度反馈控制律来抑制柔性关节的振动,针对慢变子系统设计加入前馈补偿的自抗扰控制器(ADRC)来抵抗系统的内外扰动,并对系统进行了稳定性分析;最后对设计的控制器进行了仿真验证与对比研究。仿真结果表明,采用该方法,在不同重力环境下柔性关节空间机械臂均能实现很好的轨迹跟踪和抖振抑制,且能有效抵抗内外扰动,系统具有鲁棒性。     

1220冷连轧机带钢表面振纹机理的研究

针对某1220冷轧机带钢表面振纹形成的原因进行了跟踪测试和深入研究。在对1220冷轧机振动测试的基础上,通过对机架动态特性分析及工作辊周期内各阶段振动信号的分析研究,发现在支撑辊使用中后期,轧机以600Hz左右的第7阶固有振动为主;在轧制速度为中高速稳定轧制阶段,工作辊对中间辊的相对运动形成工作辊表面振纹;该辊面振纹反作用于轧机,引起轧机强迫振动,进一步加速振纹的形成,轧机的振动为共振与强迫振动共存。在分析振纹产生机理的基础上,结合振纹间距与振源的关系,找到了引起1220轧机产生振纹的原因,提出了振纹抑制措施,并取得了很好的抑制效果。