颗粒阻尼镗刀杆减振分析与试验研究

实验4-2 镗杆自激振动与消振实验●实验目的及要求1．观察和了解镗孔加工中的自激振动现象（为便于观察振纹，改用镗杆车削外圆），加深对自激振动有关理论的理解。

2．了解影响自激振动的主要因素及控制自激振动的方法。

3．掌握正交试验设计基本方法及其应用。

4．学习电阻应变片及动态应变仪的使用方法。

● 实验原理1．解释自激振动的坐标联系（振型耦合）原理--参考4.9.3节。

2．冲击块消振原理镗杆上使用的冲击式减振器结构如图4E2-1所示。

其消振原理参考图4E2-2。

当镗杆受到瞬时干扰力激发振动后，从平衡位置O产生位移（图a），镗杆获得位能。

当瞬时干扰力消失后，镗杆在弹性恢复力的作用下，要回到平衡位置。

在图b位置，镗杆具有最大速度，在此过程中镗杆带动冲击块一起运动，使冲击块在图b位置也具有最大速度。

镗杆在惯性力和弹性力的双重作用下，继续运动到c位置，其速速度由；而冲击块只受到惯性力的作用，因而在c位置仍具有。

当镗杆由c位置再向平衡位置运动时，镗杆与冲击块发生碰撞，吸收了镗杆的动能，使镗杆在第3/4个周期中，振幅明显地由减小到。

此过程继续下去，镗杆振幅逐渐减小。

镗杆振动的衰减速度主要取决于冲击块的质量以及冲击块与镗杆内孔壁之间的间隙大小。

(点击上图观看动画）3．正交试验方法在多因素考核中，采用正交试验法可以用最少的试验次数获得最满意的试验结果，即科学地确定多个因素中各因素对考核指标影响的大小，并能准确地找出最佳条件。

正交试验法的基本思想是在试验中使各因素的各种水平得到均匀的搭配，以用较少的试验次数充分反映多种因素和多种水平的影响。

为此，设计了一系列的正交表。

根据正交表进行正交试验的方法和步骤如下：1）明确试验目的，确定考核指标本实验的目的是确定影响自激振动的因素，寻找减小自激振动的措施。

因此可取镗杆振动的振幅作为考核指标。

2）选择因素，确定水平本实验根据已有经验，选取加工时实际可控的4种因素（刀具前角，刀具主偏角，切削速度和进给量），每个因素均取3个水平，见表4E2-1。

实验十八：阻尼减振实验一、实验目的1、学习阻尼的物理特性。

2、了解阻尼材料的特性。

3、学习用半功率法和自由衰减法测量阻尼；二、实验仪器安装示意图三、实验原理1、概述阻尼时一种物理效应，它广泛地存在于各种日常事物中，阻碍者物体作相对运动，并把运动能量转变为热能或其他形式地能量。

消耗运动能量地原因时多方面地，或因界面上地摩擦力、流体地粘滞力、材料地内阻尼、磁带效应以及由此而引起地湍流、涡流、声辐射等。

常见地钟摆运动，如果没有外界继续供给能量，由于摆轴间地摩擦力以及空气阻力等，摆地振幅将逐渐减少以致停动。

结构地动力性能常决定于以下三大要素：质量、刚度和阻尼，一个振动的结构，在任何瞬间时包含着动能与应变能，动能与结构物的质量相联系，而应变能则与结构的刚度有关。

由于结构发生形体变化时，在材料内部有相对位移，阻碍这种相对运动并把动能转变为热能的这种材料的属性，称为内阻尼。

由于利用材料的内阻尼能有效地抑制构件的振动，降低躁声的辐射，因此具有高内阻尼的材料称为阻尼材料，但要使材料能达到充分发挥消耗能量的目的，就不仅要求有高阻尼，而且应用较大的弹性模量。

此外阻尼材料还应有较高的强度与较小的密度，这样制成的阻尼结构才能整体振动并不致于增加过多的负载，同时还要求在较大的温度变化范围内能保持阻尼性能的稳定。

阻尼材料常覆盖于外表面，因此特殊情况下，还要求耐气候变化、耐油与抗酸碱腐蚀等性能。

高阻尼材料的损失因数随温度、振幅、频率的不同而有明显的变化，而且各有它自身的特有规律性。

例如油阻尼是利用油的粘滞力产生阻尼，使振动的机械能转换为热能，如果温升过高，油的粘滞力特性发生改变就会影响到阻尼力的大小。

所以要求在使用时必须十分注意，要针对不同的具体情况进行选择。

阻尼材料时由良好的胶粘剂并加入适量的增塑剂、填料、辅助剂等组成的。

胶粘剂通常用沥青、橡胶、塑料类等。

阻尼结构是将阻尼材料与构件结合成一体以消耗振动能量的结构，通常有以下几种基本结合形式：1）、自由阻尼层结构；在振动结构的基层板上牢固地粘合一层高内阻材料，当基层板进行弯曲振动进，可以看到阻尼层将不断随弯曲振动而受到自由地拉伸与压缩。

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)。

基于颗粒阻尼的柱塞泵减振研究
罗元易;肖望强;朱海燕;李喆
【期刊名称】《石油化工安全环保技术》
【年(卷),期】2024(40)1
【摘要】柱塞泵以及相关管网振动过大的问题,是困扰油田注水泵站安全生产的难题之一,极大的管道振动常常会引起管道的疲劳破裂,从而引发流体泄漏等安全事故。

研究了基于颗粒阻尼的专用减振器,并基于有限元与离散元耦合分析算法,建立了颗
粒阻尼技术阻尼分析模型,然后利用有限元方法,分析了增加颗粒阻尼前后的设备减
振效果,并结合现场测试数据以及空间安装位置,设计了合理的阻尼减振方案,并完成了阻尼器的现场安装与调试,研究发现,增加颗粒阻尼减振后,设备的振动烈度降低57.5%以上,进出口管线降低45%以上,确保了设备的安全运行。

【总页数】6页(P31-35)
【作者】罗元易;肖望强;朱海燕;李喆
【作者单位】华东交通大学;厦门大学航空航天学院;长庆工程设计有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE9
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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。

刀具振动动力浅析及阻尼动力减振摘要：本文从动力学角度建立了刀具振动的微分方程，分析了振动的幅频与相频特性，并利用阻尼动力减振方法阐释了减小振动的方法。

关键词：动力学建模;刀具振动;阻尼动力减振1.刀具振动类型及产生机理切削过程中刀具的振动可分为受迫振动和自激振动两大类型。

受迫振动是外界的激励使系统发生振动，外加激励消失受迫振动就会停止。

自激振动是指在没有周期性外力的作用下，由系统内部激发及反馈的相互作用而产生的稳定的周期性振动。

通常把在切削工程中刀具与工件之间强烈的相对振动称为颤振。

切削颤振按其物理成因可分为振型耦合型颤振、摩擦型颤振和再生型颤振。

其中再生型颤振是引起切削加工刀具颤振的主要原因。

在平稳的切削条件下，作用在刀具上的切削力恒定不变，切削厚度均匀。

恒定的切削力所引起的刀具变形也是恒定的，而刀具形变的稳定性又反过来保证切屑厚度不变。

如果没有其他干扰力的影响切削过程将在平稳中完成。

但在实际切削过程中，各种各样的因素将会造成切削力的变化。

产生干扰力时，当系统的刚度足够大，额外的形变将会非常小，扰动过去后系统又将恢复到平稳的切削状态，不会影响系统的稳定性。

当系统刚度不足时，切削力的变化会引起刀具额外的形变，额外的形变又会引起切屑厚度的变化，切屑厚度的变化又会引起切削力的二次变化，切削力的二次变化又会引起刀具的二次形变。

如此周而复始，使系统陷入了无休止的振动，也即刀具的颤振。

2.刀具振动动力学模型把切削过程中工件与刀具振动系统的动力学模型简化成单自由度振动系统。

牛顿第二定律，系统的微分方程为：解微分方程得振幅放大系数为：结论：2.1当接近1时，振幅达到最大，即在系统的固有频率附近将出现共振峰值。

当刀具的振幅将逐渐稳定在一个固定值。

2.2在附近即在系统固有频率附近，振幅的大小主要由系统阻尼比大小决定，阻尼对峰值有明显的抑制作用。

激振力主要由阻尼力平衡。

2.3当时，振幅的大小主要由刚度k的大小决定，激振力主要由系统弹性力平衡。

组合式颗粒阻尼器的减振实验研究杜妍辰 张 虹上海理工大学,上海,200093摘要:提出了一种新型结构的组合式颗粒阻尼器,该阻尼器采用两层减振结构,外层为弹簧减振,内层为塑性阻尼减振㊂改变颗粒填充率㊁腔体间隙㊁弹簧刚度和填充颗粒材质后,研究了不同结构参数对该阻尼器减振性能的影响㊂结果表明:组合式颗粒阻尼器比传统的颗粒碰撞阻尼器具有更优秀的减振性能;钢球和颗粒的体积比约为1∶2且弹簧刚度值为主系统刚度值的10%以下时具有最好的减振效果;改变填充颗粒材质对减振效果影响不显著㊂关键词:颗粒;阻尼器;弹簧刚度;填充率;间隙中图分类号:O 328;T B 53 D O I :10.3969/j.i s s n .1004132X.2015.14.019E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nC o m b i n e dP a r t i c l e I m p a c tD a m pe r D uY a n c h e n Z h a n g H o n gU n i v e r s i t y o f S h a n g h a i f o rS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,S h a n gh a i ,200093A b s t r a c t :An e wk i n do f c o m b i n e d p a r t i c l e i m p a c td a m p e rw a s p r o po s e d ,i nw h i c ht w ok i n d so f d a m p i n g f o r m s ‐v i a s p r i n g s o u t s i d e a n dv i a p a r t i c l e p l a s t i c d e f o r m a t i o n i n s i d e .T h e r e s po n s e o f v a r i o u s d a m p e r c o m p o n e n t sw a so b t a i n e df r o me x p e r i m e n t s ,b y v a r y i n g t h e p a r t i c l e p a c k i n g r a t i o ,t h ec o n -t a i n e r c l e a r a n c e ,t h es t i f f n e s so f s p r i n g ,a n dt h e p a r t i c l e m a t e r i a l s .T h ee x pe r i m e n t a l r e s u l t ss h o w t h a t t h e c o m b i n e d p a r t i c l e i m p a c t d a m p e rh a s e x c e l l e n t d a m p i n gpe rf o r m a n c e ,a n d i sb e t t e r t h a n t h e t r a d i t i o n a l p a r t i c l e i m p a c t d a m p e r .T h ed a m p e rh a s t h eb e s t p e r f o r m a n c ew h e n t h ev o l u m e r a t i ob e -t w e e n t h e s t e e l b a l l a n d p a r t i c l e s i s a b o u t 1∶2a n d t h e s p r i ng s t i f f n e s s i s a b o u t 10%o f th em ai n s y s -t e ms t i f f n e s s .C h a n g i n gp a r t i c l em a t e r i a l sh a s l i t t l e i n f l u e n c e o n t h ed a m p i n gpe rf o r m a n c e .K e y wo r d s :p a r t i c l e ;d a m p e r ;s p r i n g s t i f f n e s s ;p a c k i n g r a t i o ;c l e a r a n c e 收稿日期:20140825基金项目:国家自然科学基金资助项目(51475308,51005157)0 引言碰撞阻尼器是一种带有自由质量的高非线性阻尼器[1]㊂自由质量在碰撞阻尼器腔体内运动,通过与阻尼器腔壁碰撞发生弹塑性变形或内部产生摩擦,使能量消耗或转移,从而减小主系统的振动幅值㊂经过多年的研究,目前已产生了多种类型的阻尼装置:单体碰撞阻尼器[2]㊁多体碰撞阻尼器[3]㊁豆包碰撞阻尼器[4‐5]㊁颗粒碰撞阻尼器[6‐8]㊁非阻塞性颗粒碰撞阻尼器[9‐11]和带颗粒减振剂的碰撞阻尼器[12‐13]㊂其中,颗粒碰撞阻尼器以其优良的减振效果以及结构简单㊁成本低廉㊁易于实施且适合在恶劣条件下使用等优点,在生产实践中得到了重视;带颗粒减振剂的碰撞阻尼器相比传统的线性辅助质量阻尼器表现出更优秀的减振性能和更好的系统稳定性,具有广阔的发展潜力和应用前景㊂传统的辅助质量阻尼器在结构上存在弹簧部件,弹簧具有储能功能,可将振动能量从峰值位置转移从而实现减振;带颗粒减振剂的碰撞阻尼器主要依赖塑性碰撞耗能,也取得了较好的减振效果㊂本文尝试在以上两种减振机理的基础上,设计出一种新型结构的颗粒阻尼器组合式颗粒阻尼器㊂这种阻尼器在带颗粒减振剂的碰撞阻尼器结构上增加了弹簧部件,以期通过发挥两种减振机理的优势,实现更高的减振效率㊂已有的研究表明[14]:冲击器大小㊁颗粒填充率和颗粒材料都有可能影响颗粒碰撞阻尼器的性能㊂本文将重点讨论上述因素以及新增加的弹簧刚度对减振性能的影响,为方便实验研究,阻尼器将设计成腔体大小和弹簧刚度可调节的,以方便在实验中研究各个参数变化带来的影响㊂1 组合式颗粒阻尼器的结构及减振原理1.1 组合式颗粒阻尼的结构组成如图1所示,组合式颗粒阻尼器由塑性碰撞阻尼器(带颗粒减振剂的碰撞阻尼器,包括阻尼器腔体㊁冲击器㊁颗粒和活动塞)㊁弹簧㊁导轨及外壳组成㊂可以看到,塑性碰撞阻尼器位于组合式颗㊃3591㊃组合式颗粒阻尼器的减振实验研究杜妍辰 张 虹Copyright ©博看网. All Rights Reserved.粒阻尼器的中央,下端为可滑动的导轨㊂导轨沿阻尼器轴线方向放置,使塑性碰撞阻尼器只可在x 方向平动㊂在塑性碰撞阻尼器的外侧两个端面上设计有弹簧连接构件,最多能够连接8对弹簧,如此便可自由选择不同数量和刚度的弹簧用于多组实验㊂设计了一个活动塞装置,通过活动塞位置的改变可以调整阻尼器的腔体间隙㊂组合式颗粒阻尼器的外壳通过螺母连接固定于悬臂梁顶端㊂图1 组合式颗粒阻尼器的结构示意图1.2 组合式颗粒阻尼器的减振原理组合式颗粒阻尼器在塑性碰撞阻尼器的基础上附加了弹簧结构,形成内外两级结构㊂内层的塑性碰撞阻尼器具有较小的恢复系数,可以在碰撞过程中最大限度地吸收通过弹簧转移来的系统振动能量,并通过提高颗粒间的碰撞概率,充分消耗系统的动能,使其不再返回主系统[15‐16]㊂将塑性碰撞阻尼器视为一个附加质量,与增加的弹簧构件一起,形成外层减振系统㊂弹簧具有恢复系数大,能缓和冲击㊁吸收振动,并能控制机构运动和存储能量等优点[17],使得阻尼器与主系统之间产生充分的动量交换,可以进一步提高减振效果㊂外层可以将能量转移到其他频率,内层可以将能量进一步分散到更宽的频率范围中,这些特点使得组合式颗粒阻尼器具有更宽的吸振频带㊂系统稳定运行时,组合式颗粒阻尼器结构中的弹簧会储存系统的能量㊂这些被不断积聚的能量最终会转移到中间腔体㊂弹簧的隔振导致系统的振动大幅度减小,实质上就是弹簧把系统的动能最大化,并将其存储,起到减振的目的㊂当动能由弹簧转移到腔体时,弹簧的储能性质使作用于腔体的动能进一步放大,充分激发腔体内冲击器与颗粒的碰撞摩擦㊁颗粒和颗粒的碰撞摩擦,以及颗粒与腔体内壁的碰撞摩擦,通过这些碰撞摩擦将被转移到腔体的动能耗散,系统动能被循环释放,从而取得更好的减振效果㊂2 组合式颗粒阻尼器的实验研究2.1 实验装置实验采用悬臂梁振动系统,所用悬臂梁尺寸为250mm×45mm×4mm ,材料为锰钢,密度为6.37×103k g/m 3,弹性模量为206G P a ㊂实验中采用的仪器设备为台湾金顿E M ‐20F 5K ‐10N 03型高频电磁激振器㊁北京东方所的智能数据采集系统及信号分析软件D A S P 2012㊂本实验通过激振器对悬臂梁的根部进行激振,激振力采用正弦信号㊂组合式颗粒阻尼器加固在悬臂梁的自由端㊂加速度传感器平行固定于阻尼器一侧,测量悬臂梁自由端的响应,用以检测该阻尼器对悬臂梁的减振效果㊂实验装置如图2所示㊂测试系统框架如图3所示,其中,x 方向为水平方向㊂图2 实验装置照片图3 测试系统框架图2.2 实验内容实验中采用的阻尼器腔体长度包括3种规格:40mm ㊁60mm 和80mm ;冲击器采用1个直径18mm 的钢球;颗粒主要采用粒度为100μm 锌粉或铜粉㊂不同颗粒填充材料的对比实验中,增加粒径为300μm 的石英砂,颗粒填充率分别为20%㊁40%㊁60%和80%㊂颗粒填充率R p 为R p =V p /(V t -V i )(1)式中,V p 为填充的颗粒体积;V t 为阻尼器腔体总体积;V i 为冲击器钢球体积㊂实验装置中,悬臂梁系统质量(包括自由端的底座)为2045.5g ,阻尼器腔体质量为111g,腔体内钢球质量为24.4g,铜粉㊁锌粉和石英砂全部填满阻尼器腔体时的质量分别为50g ㊁86.5g 和37.5g㊂弹簧的质量可以忽略不计㊂整个实验过程中,通过粘附小质量块进行调节来确保整个系㊃4591㊃中国机械工程第26卷第14期2015年7月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.统的质量保持不变㊂实验采用两种不同规格的弹簧,弹簧内径均为4mm,自由长度为55mm,参数见表1㊂为区分表1中不同的两组4对弹簧,将其中刚度较小的4对弹簧标记为1组㊂悬臂梁的刚度为9.49N/mm㊂表1 弹簧参数数量规格总刚度(N/mm)本文标记8对6对4对2对弹簧刚度0.94N/mm钢丝直径0.7mm3.768组2.826组1.884组0.942组4对弹簧刚度0.684N/mm钢丝直径0.5mm0.6841组 本文首先对弹簧是否存在减振效果进行实验对比,然后分别讨论冲击器与颗粒体积比㊁弹簧刚度和填充材料对阻尼器减振效果的影响㊂冲击器与颗粒体积比w为w=V i/V p(2) 3 实验结果及分析3.1 弹簧构件的作用效果首先,通过5组实验对增加弹簧前后的减振效果进行对比㊂5组实验中阻尼器的组成见表2,其中,系统外加总刚度为0.684N/mm的弹簧1组,冲击器为一个直径18mm的钢球,腔体间隙固定为80mm,填充颗粒为锌粉㊂实际上,实验1相当于采用一个单质量块阻尼器;实验2㊁3相当于采用塑性碰撞阻尼器;实验4㊁5相当于组合式颗粒阻尼器㊂表2 5组实验中阻尼器的构成编号12345弹簧无无无有有冲击器无有有有有R p(%)040804080 不同实验组的振幅如图4所示㊂可以看出:①塑性碰撞阻尼器使悬臂梁自由端的最大振幅下降幅度分别为26.0%㊁59.1%,组合式颗粒阻尼器使悬臂梁自由端的最大振幅下降幅度分别为86.6%㊁82.7%,最大振幅均远远低于主系统在单质量块阻尼条件下的最大有效振幅;②组合式颗粒阻尼器比塑性碰撞阻尼器的减振效果好,说明弹簧在振动发生时起到了储能及放大的作用,使振动幅值减小;③组合式颗粒阻尼器的振幅稳定,没有明显的共振点,具有显著的减振效果㊂图4 不同实验组的最大振幅塑性碰撞阻尼器和组合式颗粒阻尼器的振动响应如图5所示,从波形上看,组合式颗粒阻尼器的振动波形具有稳定的周期性,减振效果更好㊂(a)颗粒填充率为80%的振动响应(b)颗粒填充率为40%的振动响应图5 两种阻尼器的振动响应比较3.2 冲击器与颗粒体积比的影响在以往对颗粒碰撞阻尼器的研究中,关于颗粒填充率的研究较充分,认为颗粒填充率有一个最优值㊂但本文提出的组合式阻尼器中存在两种填充物 冲击器(钢球)和颗粒,它们之间的比例关系对阻尼器减振性能的影响值得进一步探讨㊂冲击器与颗粒体积比的定义见式(2)㊂本次实验中,根据不同的腔体长度和颗粒填充率设计了6组实验,参数见表3㊂每组实验中冲击器都固定为一个直径18mm的钢球,填充颗粒都为锌粉,弹簧的刚度分别为3.76N/mm㊁2.82N/mm㊁1.88N/mm㊁0.94N/mm㊁0.684N/mm㊂㊃5591㊃组合式颗粒阻尼器的减振实验研究 杜妍辰 张 虹Copyright©博看网. All Rights Reserved.表3 体积比实验中的参数编号腔体长度(mm )颗粒填充率(%)体积比wⅠ40201/0.6Ⅱ60201/1Ⅲ40601/2Ⅳ80401/3Ⅴ60801/4Ⅵ80801/6图6中的各条曲线是在不同的弹簧刚度下,悬臂梁系统在共振区域内的最大振幅㊂ 参考对比”组为阻尼器装置中未添加钢球和颗粒下的最大振幅㊂从图6中可以看出:①不同弹簧刚度下,所设计的组合式颗粒阻尼器在其共振区域内的最大振幅均小于参考对比组的最大振幅,说明组合式颗粒阻尼器具有良好的减振结果;②实验组Ⅲ的最大振幅相对于其他实验组别均为最小或接近为最小,组合式颗粒阻尼器的减振效果为最佳,此时的体积比w 对应为0.53(钢球和颗粒的体积比约为1∶2)㊂当冲击器(钢球)和颗粒的体积比为1∶2时,腔体内空余体积与钢球体积比为1.3∶1,也就是说当冲击器钢球在腔体内的活动范围稍大于钢球本身体积,且颗粒的体积是钢球的2倍时,钢球㊁颗粒之间更能充分地发生碰撞,消耗主系统能量,从而使组合式颗粒阻尼器发挥最好的减振效果㊂图6 不同w 值下各刚度组对应的最大振幅值冲击器与颗粒体积比存在最优值的原因:填充颗粒过少而自由间隙太大时,钢球在运动过程中无法形成与腔体两端壁的完整碰撞,钢球和腔体端壁碰撞时夹击的颗粒过少,系统动能的消耗随着颗粒产生的塑性变形的减少而减小,减振效果降低;填充颗粒过多而自由间隙太小时,冲击体的正常碰撞受到限制,也会影响到减振的效果㊂因此w 的选取须综合考虑这两种情况出现的可能,使冲击体(钢球)获得适宜的碰撞条件,增大钢球和颗粒的接触概率,提高系统能量的消耗,最终得到减振效果较好的配比条件㊂3.3 弹簧刚度的影响弹簧是本文组合式颗粒阻尼器区别于塑性碰撞阻尼器的重要特征㊂为研究组合式颗粒阻尼器在外加弹簧刚度变化时对悬臂梁系统的减振效果,设计了5组不同的弹簧刚度,见表1㊂组合式颗粒阻尼器悬臂梁系统的刚度为9.49N /mm ,弹簧刚度与主系统刚度之比为分别为40%㊁30%㊁20%㊁10%和7%㊂为便于说明,将不同弹簧刚度和腔体有效长度由3个数字组成,并且定义如下:第一个数字表示阻尼器上组装弹簧的数量(分别为8组㊁6组㊁4组㊁2组,以及另一种刚度较小的弹簧4组,用1组表示),所代表的刚度分别为3.76N /mm ㊁2.82N /mm ㊁1.88N /mm ㊁0.94N /mm 和0.684N /mm ;后两位数字表示腔体的长度,分别为40mm ㊁60mm 和80mm ㊂例如 840”就表示此组实验中阻尼器上安装有8组弹簧,其增加的刚度为3.76N /mm ,阻尼器腔体的有效长度为40mm ,以此类推㊂图7中所有点的值都取每组(a )腔体长度40mm(b )腔体长度60mm(c )腔体长度80mm 图7 不同腔体长度下减振效果比较㊃6591㊃中国机械工程第26卷第14期2015年7月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.实验共振点区域内的最大振幅㊂图7表示的是阻尼器填充颗粒为铜粉㊁阻尼器腔体长度为40mm㊁60mm和80mm时,不同弹簧刚度对减振效果的影响㊂由图7可以看出:①由于弹簧的存在,组合式颗粒阻尼器拥有良好的减振效果,其最大有效振幅均小于单体阻尼器最大有效振幅,并且随着刚度的减小,振幅趋近于平稳的状态㊂②刚度的变化会导致组合式颗粒阻尼器的减振效果随之变化㊂刚度为3.76N/mm 时,振幅平均下降率分别为47%(40mm长度)㊁43%(60mm长度)和36.7%(80mm长度)㊂随着刚度的变小,最大振幅逐渐减小(图7中表现为曲线下移),刚度为0.684N/mm时,悬臂梁自由端的最大有效振幅在6mm以下,振幅平均下降率分别为81.3%(40mm长度)㊁78.7%(60mm 长度)和81.6%(80mm长度)㊂③弹簧刚度的选取对阻尼器的减振效果影响显著,当弹簧的刚度为主系统刚度的10%以下时,减振效果显著;但过大的弹簧刚度会产生反作用,加大振幅,当增加到40%时,共振区域内的最大振幅为27.42mm,甚至超过主振系统在无外加阻尼时最大振幅24.69mm㊂3.4 填充材料的影响不同类型的颗粒材料耗能能力可能不同㊂为检测不同填充材料的颗粒粉末对该阻尼器的减振性能的影响,设颗粒填充率分别为0㊁20%㊁40%㊁60%和80%,比较它们在正弦激励下对悬臂梁自由端位移的减振效果,实验结果见图8㊂实验填充的锌粉的粒径为100μm,石英砂的粒径为300μm㊂图8数据来源于实验组为弹簧6组和1组(见表1),腔体内的长度为40mm㊁60 mm和80mm㊂组合式颗粒阻尼器在没有添加冲击器和颗粒材料,仅存在6组弹簧(弹簧刚度为2.82N/mm)的情况下,共振区域内主系统的最大振幅值为25.93mm;阻尼器在没有添加冲击器和颗粒材料,仅存在弹簧1组(弹簧刚度为0. 684N/mm)的情况下,共振区域内主系统的最大振幅值为6.24mm㊂从图8中可以看出:①无论填充何种材料的颗粒,在共振区域内,主系统最大的振幅均小于6.42mm,说明填充的颗粒起到了良好的减振作用,腔体内的颗粒发生塑性变形和断裂,消耗掉了主系统的动能,使振幅值下降;②在不同填充率和腔体间隙的情况下,填充金属材料颗粒或非金属材料颗粒对该阻尼器都有很好的减振效果,填充石英砂的平均衰减率为45%和29%,填充锌粉的平均衰减率为49%和32%(分别对应实验中2个不同的弹簧刚度),说明锌粉相对于石英砂具有更好的减振效果,但影响不是很大,不同材料的颗粒均可以作为减振剂材料㊂(a)腔体长度40mm(b)腔体长度60mm(c)腔体长度80mm图8 填充不同颗粒材料对减振效果的影响4 结论(1)组合式颗粒阻尼器具有优秀的减振效果,并且减振波形具有稳定的周期性㊂(2)实验中,钢球和颗粒的体积比w=0.53时的减振效果最佳,此时钢球和颗粒的体积比约为1∶2,和腔体间隙的体积比值约为1.3∶1㊂钢球体积㊁颗粒体积和腔体间隙三者之间存在一个最佳值,可使阻尼器获得最佳的减振效果㊂(3)当组合式颗粒阻尼器弹簧刚度不超过主系统刚度的10%时,阻尼器表现出很好的减振效果㊂(4)填充不同颗粒材料的减振效果没有显著的变化,因此,可以在较为广泛的范围内选取颗粒材料作为减振剂㊂㊃7591㊃组合式颗粒阻尼器的减振实验研究 杜妍辰 张 虹Copyright©博看网. All Rights Reserved.参考文献:[1] F r i e n d R R,K i n r a V K.P a r t i c l eI m p a c tD a m p i n g[J].J o u r n a l o f S o u n da n dV i b r a t i o n,2000,233(1): 93‐118.[2] D u n c a n M R,W a s s g r e nC R,K r o u s g r i l lC M.T h eD a m p i n g P e r f o r m a n c eo faS i n g l eP a r t i c l eI m p a c tD a m p e r[J].J o u r n a l o fS o u n da n dV i b r a t i o n,2005,286(1/2):123‐144.[3] B a p a tC N,S a n k a rS.M u l t i u n i t I m p a c tD a m p e rR e‐e x a m i n e d[J].J o u r n a l o fS o u n da n d V i b r a t i o n, 1985,103(4):457‐469.[4] P o p p l e w e l lN,S e m e r c i g i lSE.P e r f o r m a n c eo f t h eB e a nB a g I m p a c tD a m p e r f o raS i n u s o i d a lE x t e r n a lF o r c e[J].J o u r n a lo fS o u n da n d V i b r a t i o n,1989,133(2):193‐223.[5] 李伟,胡选利,黄协清,等.柔性约束颗粒阻尼耗能特性研究[J].西安交通大学学报,1997,31(7):23‐28.L iW e i,H uX u a n l i,H u a n g X i e q i n g,e t a l.S t u d y o nE n e r g y D i s s i p a t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o f G r a n u l a rD a m p i n g w i t h F l e x i b l e B o u n d a r y[J].J o u r n a lo fX i’a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y,1997,31(7):23‐28. 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第1章减振镗杆的国内外研究水平和发展趋势 (3)第2章颤振的机理及稳定性分析理论 (5)2.1 再生颤振的机理 (5)2.2 再生颤振系统 (6)2.3 系统切削过程动态模型 (7)2.4 镗削过程稳定性分析理论与稳定性图 (8)第3章减振镗杆的动力学模型 (13)3.1 减振镗杆的设计 (15)3.2 减振镗杆模型的分析 (17)3.3 在ANSYS程序中进行应力应变分析 (19)3.4 模型在频域内的仿真结果 (19)结论与展望 (23)致谢 (24)参考文献： (25)附件I 英文文献翻译 (26)附件II 英文文献原文 (30)减振镗杆的有限元分析摘要：介绍了深孔镗削加工过程中产生振颤的机理,建立了减振镗杆的动力学模型。

论述动力减振镗杆的工作原理，通过简化动力学模型建立微分方程。

在理论基础上通过实验分析动力减振镗杆的减振效果和动态性能，并测定其最佳状态下的性能参数。

试验结果确定了动力减振器的减振特点，为实际生产加工给出参考。

关键词：减振镗杆深孔镗削性能参数Finite element analysis of Damping Boring Bar Abstract : This paper introduced the mechanism of vibration in the process of deep hole boring , developed a dynamic modal of the damping boring bar. The working principle of a boring bar which has a dynamic vibration absorber is discussed The system’s differential equation is built according to the simple dynamical model. Based on theory,the dynamic performance of a boring bar is researched by experiment and the performance parameters at the best state are gotten. The result of experiment shows the character of dynamic vibration absorber，and gives a reference for the actual manufacture.Key words:Damping boring bar Deep hole boring Performance parameters第1章减振镗杆的国内外研究水平和发展趋势在机械生产过程当中，切削系统的加工精度及稳定性很大程度上取决与结构的刚度和切削过程中颤振对其产生的影响，刚性不足和颤振的产生不仅制约了切削系统在加工过程中的切削效率，而且还会在加工工件的表面留下振纹，影响加工精度。

刀具的振动与消除措施研究作者：杨守帅来源：《河南科技》2019年第10期摘要：本文阐述了刀具振动的3大原因和由于振动导致的4大危害，并分别从减小切削力、增强刀具系统的静态刚性、使用消减装置等方面，详细论述了消除或减小振动的多项措施。

关键词：刀具;振动;切削力中图分类号：TG714 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）10-0031-04Abstract： Three reasons of cutter vibration and 4 harms caused by vibration was elaborated in this paper. Several measures for eliminating or reducing vibration were discussed in detail from the aspects of reducing cutting force， enhancing static rigidity of tool system and using eliminating device.Keywords： cutter;vibration;cutting force1 刀具振动的原因切削加工过程中不可避免会产生振动。

振动主要分为设备本身的振动、加工工况引起的振动和刀具切削产生的振动。

1.1 设备本身的振动设备本身的振动即电动机启动和主轴旋转引起的振动。

设备本身的振动又称为强迫振动，与设备自身的刚度（机床的结构、地基、丝杆间隙、主轴的优劣）、车间地基的质量以及周围环境有关（其他重型设备振动的干扰，甚至车间附近火车经过的振动等）[1]。

1.2 加工工况引起的振动由于零部件的结构类型、整体刚性以及装夹原因等因素造成加工工况恶劣会引起振动。

①结构类型引起的振动主要是由于工件整体刚性不足，需要增加工艺支撑，加固切削加工过程中的工件刚性。

②工装装夹位置未能抵消主切削力，需要优化夹具夹紧方式或者改变装夹位置，减小切削振动。

基于阻尼减振的车刀杆系统的动力学特性研究基于阻尼减振的车刀杆系统的动力学特性研究摘要：车刀杆系统在机械加工过程中起到了至关重要的作用，而其动力学特性则直接影响机床的加工质量和效率。

本文通过研究基于阻尼减振的车刀杆系统的动力学特性，探讨了其对机床加工性能的影响，并提出了相应的优化方案。

1. 引言随着制造业的快速发展，对机床的加工性能提出了更高的要求。

而车刀杆系统作为机床的关键组成部分，其动力学特性决定了机床的加工质量和效率。

因此，对车刀杆系统的动力学特性进行研究具有重要意义。

2. 车刀杆系统的组成车刀杆系统由车刀、车刀杆、轴承、支撑等组成。

其中，车刀杆作为连接车刀和轴承的重要部件，在机床的加工过程中承受着巨大的载荷。

因此，车刀杆的动力学特性对机床的加工性能有着重要影响。

3. 车刀杆系统的动力学特性3.1 阻尼减振的作用阻尼减振是车刀杆系统动力学特性研究的重要内容之一。

适当的阻尼能够减小车刀杆系统的振动幅度，提高机床的加工精度和稳定性。

3.2 动力学模型的建立建立车刀杆系统的动力学模型是研究其动力学特性的关键。

通过对车刀杆系统各个部件的受力分析和传递关系的建立，可以得到车刀杆系统的数学模型。

3.3 动态响应分析基于建立的动力学模型，可以进行车刀杆系统的动态响应分析。

通过对车刀杆系统在不同工况下的动态响应进行模拟和分析，可以评估其加工性能，并找出影响加工质量和效率的关键因素。

4. 优化方案探讨在研究车刀杆系统的动力学特性的基础上，提出一些优化方案，以提高机床的加工性能。

例如，可以通过优化车刀杆的结构和材料，增加阻尼器的数量和布置，改变加载方式等来改善车刀杆系统的动力学特性。

5. 结论本文通过对基于阻尼减振的车刀杆系统的动力学特性研究，发现其对机床的加工性能具有重要影响。

通过建立动力学模型和进行动态响应分析，可以评估车刀杆系统的加工性能，并提出相应的优化方案。

这对于提高机床的加工质量和效率具有重要意义。

双级串联调谐质量阻尼器减振镗杆的设计与性能仿真分析孙宝雨;黄晓斌;庞学慧;秦慧斌;张晋
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2024(58)2
【摘要】针对大长径比镗刀杆在加工大型复杂零件的孔及孔系结构中容易产生振动、加工效率低且加工质量不稳定等问题,提出了一种内置双级串联调谐质量阻尼器的新型减振镗杆,建立了减振镗杆的力学等效模型,通过求解和分析减振镗杆的振幅比,确定了减振镗杆最优的阻尼器长度及阻尼比。

利用MATLAB/Simulink分别求解减振镗杆和普通镗杆的加速度响应信号,结果表明,减振镗杆的吸振性能显著提高,振动衰减时间大幅缩短。

应用Workbench对两种镗杆进行模态分析和谐响应分析,得到固有频率和幅频曲线,发现减振镗杆的振幅远小于普通镗杆。

本研究为减振刀具的研制与推广提供了一定的理论参考。

【总页数】6页(P97-102)
【作者】孙宝雨;黄晓斌;庞学慧;秦慧斌;张晋
【作者单位】中北大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG713;TH122
【相关文献】
1.单面碰撞调谐质量阻尼器减振性能分析与试验
2.变频调谐的动力减振镗杆的设计与仿真实验
3.调谐双质阻尼器减振性能分析
4.双重单面碰撞调谐质量阻尼器参数优化及减振性能分析
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第2期2017年2月组合机床与自动化加工技术Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing TechniqueNo. 2Feb. 2017文章编号：1001 -2265(2017)02 -0127 -03D01：10.13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 02. 032减振镗杆镗削CFRP 制件的试验研究+付乾辰，程寓，徐玉高(南京理工大学机械工程学院工信部高端装备制造技术协同创新中心，南京210094)摘要:针对碳纤维增强复合材料（C FR P )制件深孔镗削加工，设计了一种动力减振镗杆，通过镗削试 验研究了减振樘杆镗削C F R P 内孔时切削力随背吃刀量、切削速度和进给量的变化关系，并分析了 切削参数对表面加工质量的影响。

试验结果表明：三个方向的切削力均随背吃刀量与进给量的增加 而增大，轴向力和径向力随着切削速度的增加而增大，切向力则随着切削速度的增加出现先增大后 减小的趋势；加工表面主要缺陷为凹坑和沟痕，凹坑随着切削速度和进给量的增加而减少，沟痕随着进给量的增加而增加。

根据试验结果得出了减振镗杆镗削C F R P 的较为合理的切削参数。

关键词：碳纤维增强复合材料；减振镗杆;切削力；表面缺陷中图分类号:T H 162 ;TG 506文献标识码:AThe Research on Deep-hole Boring of CFRP with Vibration Absorption Boring BarFU Q ian -chen , CHENG Y u , XU Yu-gao(School of M echincal E ngineering，C ollaborative Innovation Center of H igh-E nd Equipm ent M anufacturing Tecnology , N anjing U niversity o f Science and Technology , N anjing 210094, C hina )Abstract ： CFRP is a ty p ic a lly hard m achining m aterial . A ccording to the characteristics o f deep-hole boringo f C FR P , a dynam ical vib ra tio n absorption boring bar was designed . T his paper studied the relationship be ­tween the boring force and cutting depth , cutting speed , feed rate w ith the d iffe re n t cutting parameters when the deep-hole o f CFRP was bored by using the vib ra tio n absorption boring bar and analyzed the fa u lt o f the hole surface and the influence factors . The results have shown that the boring force was high w ith either ahigh cutting depth o r a high feed ra te , the A x ia l force and the R adial force were high w ith a high cutting speed,w hile the Tangential force show the tendency o f decrease after the firs t increase w ith a high cutting speed . W ith a high feed ra te , the m ainly fla w o f the surface is to o l m arks , and w ith a high cutting speed or a high feed rate . The m ainly fla w is p it defect . A ccording to the results o f the te st , the optim al technological parameters was propsed .Key words ： C FR P ； vib ra tio n absorption boring b a r ； boring fo rc e ； surface fla w〇引言碳纤维增强复合材料（CFRP )是目前较为先进的 复合材料，它具有高比强度、高弹性模量、密度小、耐腐蚀、耐磨损、耐高温等特点，被广泛应用于国防军工领 域及民用领域[1]。

数控减振镗杆设计与分析数控减振镗杆是一种专用工具，广泛用于车床上驱动转子加工的过程。

数控减振镗杆的目的是在机械加工过程中减少振动和刀具的磨损，增加加工效率。

设计与分析：数控减振镗杆的设计需要考虑以下方面：杆的材质和结构：镗杆要求耐磨性和抗腐蚀性，并且需要满足强度和刚度的要求。

通常采用优质钢材或铝合金制造，具有较高的刚度和强度。

中空孔的设计：杆内还设置有中空孔，以便将冷却液引入，降低温度，延长工具的寿命。

设计考虑到镗杆的外径和内径，以及孔的位置和大小。

减振结构设计：减振结构是为了降低振动的产生和传递。

现代的减振结构主要是通过在镗杆内嵌入弹性材料来实现。

当切削力作用到刀具时，弹性材料会承担部分载荷，从而减轻振动。

设计要考虑弹性材料的种类和数量，以及减振结构的形状和位置。

分析：数控减振镗杆在工业自动化生产中扮演着重要的角色，在提高工作效率的同时，也保证了产品质量。

通过减少振动和刀具的磨损，就能够减轻轴承的负担，延长机械零件的寿命，降低生产成本。

此外，在智能化制造领域，数控减振镗杆的应用也越来越广泛。

随着人们对高精度、高效率要求的提高，数控减振镗杆已经成为自动化机械加工技术不可或缺的一部分。

总结：数控减振镗杆的设计和分析是一项非常重要的工作，涉及到材料、结构和性能等方面。

随着科技的发展和工业自动化的推进，数控减振镗杆将会在更多的领域得到应用。

我们需要加强技术研发和创新，提高产品质量和性能，以满足不同领域的需求。

相关数据分析是基于所收集到的数据的信息进行评估、归纳和综合的过程，旨在为决策和规划提供更好的依据和支撑。

下面我们以某家公司的销售数据为例进行分析。

该公司的销售数据分析：销售额：销售额是一个企业的核心指标之一，能够正确地反映企业的市场表现和经营状况。

该公司最近一年的销售额为3000万元，同比增长率为10%。

这表明公司的销售业绩良好，并且有增长趋势。

销售渠道：销售渠道是指企业销售产品或服务的途径，包括线上和线下渠道。