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基于磁流变液阻尼器的机床进给系统主动抑振方法研究

张晗  
【摘要】:随着对高精产品需求的不断提高,制造装备的加工性能和稳定性引起了广泛重视,其中机床工作时产生的振动,不仅影响其动态性能和被加工件的质量,还降低了生产效率和刀和具的耐用度,振动剧烈时会导致机床使用性能下降,振动引起的噪声会危害操作工人的健康。抑制机床振动的不良影响,对发展高精密机床具有重要意义。磁流变液减振装置可以通过改善系统的阻尼特性来抑制振动,其阻尼力的精确控制与否直接影响到机械结构的减振效果。针对机床进给方向的抑振问题,本文提出了一种借助仿真分析手段研究磁流变液阻尼器阻尼力特性的方法,将磁流变液阻尼器应用在机床进给方向上,研究了其减振效果。本文的主要研究内容如下:(1)磁流变液阻尼器的整体结构方案设计。设计了一种新型的双出杆式阻尼器,确定了阻尼通道、缸筒、活塞杆等结构。在零磁场情况下,基于N-S方程建立了磁流变液阻尼器阻尼力数学模型。采用Bingham模型,推导了磁场作用下磁流变液阻尼器阻尼力数学模型,根据阻尼力要求优化了阻尼通道和磁场作用装置的结构参数;采用比奥萨法尔定律和焦耳定律对磁场作用装置内部的线圈磁感应强度和发热量进行了计算。(2)从优化磁流变液阻尼器结构设计的角度,研究了磁流变液阻尼器的结构参数对磁感应强度的影响规律;基于麦克斯韦方程组,采用ANSYS软件仿真了磁流变液阻尼器在库伦电场和感生电场作用下的磁场分布,探究了阻尼通道处磁感应强度随电流的变化规律,分析了不同结构参数对磁感应强度的影响程度。基于流体力学控制方程,采用Fluent有限元流体仿真软件通过数值计算手段得到了磁场作用下阻尼力的变化规律。(3)对磁流变液阻尼器的特性和在机床进给系统的减振应用进行试验研究。通过磁流变液阻尼器特性试验,采用多项式和BP神经网络建立了磁流变液阻尼器电流-速度-阻尼力之间的关系。结果表明电流与阻尼力之间呈现出明显的非线性特性,分析了不同电流下阻尼刚度的变化规律。建立了基于磁流变液阻尼器的机床进给系统动力学模型,为后续的减振控制研究奠定了基础,通过机床进给系统减振试验台,探究了阻尼器在不同电流下导致阻尼力发生改变所对减振效果的影响。


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