减振刀杆减振颗粒的试验研究.pdfVIP

2014年 9月 机械设计与制造工程 Sep．2014 第43卷 第9期 MachineDesignandManufacturingEngineering Vo1．43No．9 DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．09．009 减振刀杆减振颗粒的试验研究 王亚东 ，庞学慧 ，张余升 ，郑智贞 (1．中北大学 机械与动力工程学院，山西 太原 030051) (2．上海航天设备制造总厂，上海 200245) 摘要：设计 了一种基于颗粒阻尼的减振刀具，并建立 了减振刀杆的力学模型。在减振刀杆空腔 内 添加颗粒 ，并进行锤击及切 削试验。得到以下结论：(1)刀杆空腔 中添加颗粒后 ，刀杆 的减振效果 明显；(2)填充率相同时，密度较大的颗粒会产生较好的减振效果；(3)填充率与减振效果有着很 大关系，在填充量为70％左右时减振效果最好 ；(4)刀杆中添加混合颗粒的减振效果很好。 关键词：颤振 ；颗粒阻尼；摩擦耗能；振动 中图分类号：0328 文献标识码 ：A 文章编号：2095—509X(2014)09—0036—04 在工件的加工过程中，刀杆和工件之间往往会 为刀杆刚度； 为m 相应产生的位移；m 为减振 产生剧烈的振动，这种现象称之为颤振…。通常， 空腔内添加颗粒的总质量；c为减振颗粒的阻尼；．j} 使用钢材料的刀杆在长径比超过5时，就会发生颤 为减振空腔与颗粒层接触产生的接触刚度 ； 为 振。特别是当刀杆的长径比过大时，刀杆的颤振会 m 产生的位移；Pe 施加在m 上的激振力。 更加明显，表现为：(1)剧烈的振动会使工件表面 产生划痕，影响工件 的加工质量 ；(2)振动会影响 切削力的变化，使刀具易于磨损，甚至造成崩刀，损 坏刀具。 本文提出了一种基于颗粒阻尼的减振刀杆。 颗粒阻尼减振刀杆是基于非阻塞性颗粒阻尼(Non— ObstructiveParticleDamping，简称 NOPD)减振技 术_2的刀杆。其工作原理是在刀杆空腔内填充一 定比例的颗粒。系统在振动时，颗粒与颗粒之间相 图1 减振刀杆力学模型 互碰撞和摩擦、颗粒和空腔壁相互碰撞和摩擦消耗 能量。颗粒阻尼减振刀杆的优点是在恶劣条件下 这样就把减振刀杆的减振系统简化为具有 2 依然有很好的减振效果，并且具有抗老化、成本低、 个 自由度的阻尼振动系统。由m ，k组成的系统 减振频带宽等优点 J。 为主系统，由m ，k：组成的系统为附加系统，即减 振系统 。 1 建立减振刀杆的力学模型 该系统的动力学方程为 m -- 本文设计的减振刀杆是在刀杆的空腔 中加入 C 一 定比例的颗粒，可以将减振刀杆看作是一个 由单 一 。 嘲+ 个连续体和单个振动单元组成的减振系统 j。将 刀杆的刀尖作为振动的研究点，即将整个刀杆的质 ) 量集中在刀尖 ，可 以看作是一质量块等效地加在这 其稳态响应为 点上 ，质量块的质量为刀杆的质量 ，减振刀杆力学 (2) 模型如图1所示。图中：m 为空腔刀杆的质量；