减振镗杆的结构设计及开发文献综述

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810506443.6(22)申请日 2018.05.24(71)申请人 东南大学地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人 孙蓓蓓　何苗　李烈　(74)专利代理机构 南京众联专利代理有限公司32206代理人 周蔚然(51)Int.Cl.G06F 17/50(2006.01)(54)发明名称一种动力减振镗杆的设计方法(57)摘要本发明提出一种动力减振镗杆内置吸振器的参数设计方法，镗杆内部设置空腔，内部安装振芯、橡胶圈和阻尼油组成的动力吸振器系统，本发明的技术方案如下：（1）考虑再生型颤振的产生机理，建立动态切削过程的理论模型和动力学方程；（2）计算临界稳定时极限轴向切削宽度与动力减振镗杆各参数的关系式；（3）以极限轴向切削宽度最大为优化目标，计算动力减振镗杆的最优频率比和最优阻尼的表达式，优化镗杆内置吸振器的刚度和阻尼；（4）数值计算优化内置吸振器的振芯长度。

根据计算结果合理选择动力吸振器的参数，能够有效抑制切削过程中的颤振，提高切削系统的颤振稳定性。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 108681647 A 2018.10.19C N 108681647A1.一种动力减振镗杆的设计方法，其特征在于：设计包括如下步骤，（1）根据再生型颤振产生原理，建立切削过程的延时反馈控制模型和动力学方程；（2）根据动力学方程得到动态切削过程的传递函数，由传递函数特征方程计算临界稳定时极限轴向切削宽度与动力减振镗杆各参数的关系式；（3）以极限轴向切削宽度最大为优化目标，极限轴向切削宽度越大切削越稳定，计算所述镗杆的最优频率比和最优阻尼的表达式，优化镗杆内置吸振器的刚度和阻尼；（4）选用数值计算软件，结合上述最优频率比和最优阻尼的表达式，优化所述镗杆内置吸振器的振芯长度。

机械设计中的结构减振技术论文素材机械设计中的结构减振技术一、引言机械工程领域的结构减振技术是一门关键的技术，可以有效减少机械系统中的振动干扰。

在现代工业生产环境中，减振技术的应用已经成为一项重要的任务。

本文将探讨机械设计中常见的结构减振技术，并分析其在实际应用中的优势和局限性。

二、动力学分析在机械系统设计中，动力学分析是结构减振技术的基础。

首先，需要明确机械系统的振动模态和频率响应。

通过对系统的自由度进行建模和计算，可以得到系统的振动模态，并确定主要的振动频率。

三、质量平衡设计质量平衡设计是一种常见的结构减振技术。

通过在机械系统中增加平衡质量，可以有效抵消系统在运行过程中的振动。

常见的质量平衡设计方法包括静态平衡和动态平衡。

静态平衡通过在机械系统特定位置添加平衡质量，使得系统在静态状态下达到平衡。

动态平衡则是在系统运行时根据振动响应进行调整，以消除振动。

四、结构刚度优化结构刚度优化是另一种常见的结构减振技术。

通过在机械系统中优化结构的刚度分布，可以有效改善系统的振动性能。

结构刚度优化可以通过材料选择、截面设计和连接方式改进来实现。

例如，在某些情况下，可以通过增加杆件的截面面积来提高机械系统的整体刚度，从而减小系统的振动。

五、减振器应用减振器是机械设计中常用的结构减振技术之一。

减振器的原理是利用一定的机械装置或技术手段，将振动能量转化为其他形式的能量，实现振动的减小或消除。

常见的减振器包括阻尼器、弹性元件和液压减振器等。

减振器的应用可以有效降低机械系统的振动干扰，提高系统的稳定性和精度。

六、实例分析为了更好地了解机械设计中结构减振技术的应用，我们以某机械系统为例进行实例分析。

分析该系统的振动模态、频率响应以及结构刚度分布，确定主要的振动问题，并针对性地采取上述结构减振技术进行优化。

通过实例分析，可以验证结构减振技术在实际应用中的可行性和效果。

七、结论结构减振技术在机械设计中具有重要的应用意义。

通过动力学分析、质量平衡设计、结构刚度优化和减振器应用等技术手段，可以有效减小机械系统的振动干扰，提高系统的工作稳定性和精度。

减振刀具系统的结构设计动力学分析说明书毕业设计论文1 引言1．1 课题研究背景切削颤振是金属切削过程中刀具与工件之间产生的一种十分强烈的相对振动，其产生的原因和发生、发展的规律与切削加工过程本身及金属切削系统动态特性都有着内在的本质联系，影响因素很多，是一个非常复杂的机械振动现象。

由于振动机械的各主要构造和零件要长期承受交变载荷，于是包括疲劳失效在内的各种类型的损伤和破坏就成为影响设备使用性能和使用寿命的主要因素。

现代工业对工程质量、产品精度及可靠性都提出了愈来愈高的要求，研究和解决工业工程中出现的各种振动问题已成为一项急迫的任务。

因而在研制设计中，不仅要考虑静力效应，而且还要考虑动力效应。

根据传统的基于静力准则的机械结构设计方法是无法满足现代产品的设计要求的。

对承受动载荷的结构，采用结构动态设计方法是满足现代产品设计要求的有效方法，通过动态设计达到控制机械结构的振动水平，改善产品的质量，提高它的安全可靠性等目的，即“优生”。

这也是符合国际、国内机械结构设计技术发展方向的。

本课题就是通过有限元法对减振镗刀杆系统进行动力学分析，并利用ANSYS软件对系统的关键部件进行分析和模拟仿真，获得镗刀杆系统在加工条件下的变形、应力分布等信息。

镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径车削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，所用刀具通常为单刃镗刀（称为镗杆）。

镗刀有三个基本元件：可转位刀片、刀杆和镗座。

镗座用于夹持刀杆，夹持长度通常约为刀杆直径的4倍。

装有刀片的刀杆从镗座中伸出的长度称为悬伸量（镗刀的无支承部分）。

悬伸量决定了镗孔的最大深度，是镗刀最重要的尺寸。

悬伸量过大会造成刀杆严重挠曲，引起振颤，从而破坏工件的表面质量，还可能使刀片过早失效。

这些都会降低加工效率。

对于大多数加工应用，用户都应该选用静刚度和动刚度尽可能高的镗刀。

静刚度反映镗刀承受因切削力而产生挠曲的能力，动刚度则反映镗刀抑制振动的能力。

专利名称：减少振动的简易式镗杆专利类型：实用新型专利
发明人：孙国寅
申请号：CN201820227789.8
申请日：20180209
公开号：CN208116794U
公开日：
20181120
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了减少振动的简易式镗杆，包括底板、固定螺栓、紧固环、定位孔、杆体、限位块、螺母、圆形垫片、弹簧、螺钉，其特征在于底板置于整个结构的最底部，杆体上部左右两侧分别设置一个限位块，杆体右侧设置一个螺母，圆形垫片右侧设置一个螺钉，螺钉外围设置一个弹簧。

本实用新型通过底板来支撑整个结构，利用紧固环来固定控制底板与杆体，增强镗杆的稳定性和精度，振动时，杆体与连接件冲击消耗振动产生的能量，进而削弱振动，螺母利用表面的圆形垫片来填充空隙，辅以减振，提高稳定性，螺钉下方的弹簧也起到一个缓冲作用，消耗振动能量，减振效果明显，本实用新型还具有制造成本低、牢固耐用，且各构件连接灵活的特点。

申请人：苏州华茂欣森机械设备有限公司
地址：215000 江苏省苏州市阳澄湖镇胡家堂60号2号车间
国籍：CN
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刀具减震技术：双级调谐阻尼器减振的镗刀杆结构设计简介影响机器加工性能的最关键因素之一就是颤振；颤振的抑制技术是保证工件加工质量，提高机械加工效率的前提，因此显得尤其重要。

其中，深孔的加工技术在现代工业的航空航天，汽车产业，军工制造等领域应用日益广泛，加工质量要求也越来越高。

镗削加工处于半封闭状态，镗杆悬伸较长，刀具的后刀面和内孔磨擦较大，系统易处于不稳定状态，极易发生颤振，由于镗削过程中镗杆是整个加工系统中刚性最薄弱的环节，加工过程极其容易引起颤振。

由镗杆的颤振导致加工表面振纹，加工精度不足，刀具磨损严重，产生的噪声也损害操作者的身心健康。

对于切削加工中颤振的控制，国内外的研究人员已进行了大量的研究。

总的来说，可分为两大类：振动控制方法和调整切削参数的控制方法。

振动控制方法中，又根据控制执行装置性质的不同分为主动控制方法，被动控制方法和半主动控制方法。

被动控制型方法：主要是通过在系统中加入吸振部件来达到减振抑振的效果。

消极的被动控制不需要附加能源，减振器的工作完全取决于主振动系统，其结构简单、工作可靠。

被动控制的方法很多，调谐质量阻尼器 (TMD) 就属于其中一种；调谐质量阻尼器 (TMD) 主要由弹簧、阻尼器和质量块组成，其工作原理是利用质量块的惯性力或主动控制力达到共振吸能、减少结构反应的目的。

调谐质量吸振器在机械振动领域是一个常用的技术。

此概念由 Frahm 首次提出。

之后 Ormondroyd 和 Hartog，Sims，Lei Zuo 等人做了大量研究，并在此基础上提出多重调谐质量阻尼器 (MTMD)，即在主结构上并联多个彼此独立的单调谐质量阻尼器 (STMD)。

上述的各装置在颤振抑制上都有一定的效果，但是单调谐质量阻尼器 (STMD) 的主要缺陷就是其对被控结构固有频率十分敏感，优化调整很难达到预期的最优状态且调整效率不高。

在总质量恒定的条件下多重调谐质量阻尼器 (MTMD) 的振动控制效果明显优于单调谐质量阻尼器 (STMD)。

减振镗刀的设计与分析摘要:我国工业现在已经处于蒸蒸日上的状态,加工生产也在不断地创新和改进，作为加工中必不可少的深孔加工环节，其技术也在日益进步。

但是深孔加工中振动的问题也随之而来，加工中产生的振动不仅使得加工精度降低，还使得生产效率也大打折扣。

为此，减振成了现在必须要克服的难题。

内置减振系统是一种结构简单，易于生产的一种镗刀的减振方法，它是通过在镗刀杆的内部加减振块，橡胶圈，阻尼液等元件来达到理想的减振效果。

这种设计不仅没有改变镗杆原有的外观形状，还在一定程度上减少了振动带来的不便，是一种使用前景非常广阔的设计方式。

本篇设计先讲述了国内外现有减振镗杆的状况，通过分析、参考来确定最终采用的设计方式。

其次介绍了在加工过程中产生振动的不同种类和产生的机理，为设计提供一些必要的参考材料。

然后再选择减振镗杆中所需的每个部件，在对不同部件做出不同的分析，最后再将这些部件做出动力学模型，再整合出最终的数学模型。

为实际的加工生产提供一些参考。

关键词：减振；镗杆；深孔加工；刚度Design and analysis of vibration boring cutterAbstract : Now our industry is in a flourishing state, production is constantly innovating and improving, as an essential part of the processing of deep hole machining technology is also in progress. Vibration problems in the deep hole machining also come, lower vibration produced not only makes the machining accuracy in the processing, but less productive. To this end, now has to overcome the problem of vibration reduction. Built-in vibration reduction system is a simple structure, easy to produce a boring tool vibration method, it is by boring bar internal and vibration damping, and the rubber ring, the vibration damping elements such as liquid to achieve the desired effect. This design not only failed to change the boring bar is the original appearance of the shape, but also to a certain extent, reduce the inconvenience of vibration, is a very broad prospects for use of design.Absorption boring bar, through analysis, to determine the final reference design. Next introduced the vibration produced during processing of different kinds and the mechanism, is designed to provide the necessary reference materials. Then the vibration absorption boring bar for each component in different parts and different analysis, then make them dynamic model in the integration of the final model. Provide your reference for actual production.Key words : vibration; boring bars; deep holes; stiffness目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1 绪论 (1)1.1 课题背景及研究意义 (1)1.2 减振镗杆的国内外研究成果与发展的趋势 (2)1.3 国内的研究现状与发展趋势 (6)1.4 小结 (6)2 振动的机理分析和不同的减振措施 (7)2.1 切削中振动的分类及产生的原因 (7)2.2 减振的主要原则 (8)2.3 控制机械加工振动的途径 (8)2.3.1 消除或者减弱发生振动的条件 (8)2.3.2 改良工艺系统中的动态特性 (9)2.3.3 选用减振装置 (10)3 减振镗杆的结构设计 (16)3.1 减振镗刀的杆材料选择 (16)3.2 镗杆的基本结构设计 (16)3.3 冷却管的设计 (17)3.4 减振装置的组成元件 (18)3.4.1 阻尼夜的选取 (18)3.4.2 弹性元件的选择 (19)3.4.3 减振块的选择 (21)3.5 减振镗杆内部整体结构的设计 (22)3.6 刀头的设计 (23)4 动力减振系统的数学模型 (24)4.1 动力减振镗杆系统的力学模型 (24)4.2 建立动力减振系统的动力学分析模型 (27)4.3 建立动力减振镗杆的数学模型 (29)4.4 本章小结 (29)5 结论与展望 (30)5.1 全文总结 (30)5.2 展望 (30)参考文献 (32)致谢 (34)1 绪论1.1 课题背景及研究意义现今,制造业的发展已成为社会进步的标准,加工中的高速和超高速加工现已成为主流趋势,企业对加工精度的标准和要求也越来越高,在金属切削这块加工领域里,特别是在高速加工深孔的时候，由于孔的形状要求和精度要求比较高,因此刀具加工产生的振动一直是阻碍加工精度的最大障碍之一，它的产生严重影响了零件的加工精度与表面的粗糙度,阻碍了切削加工向着高速度、高精度和高强度方向的发展。