一種電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器的制造方法
【專利摘要】一種電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,它包括質(zhì)量塊、支撐架、螺栓、蓋板及永久磁鐵;質(zhì)量塊安裝在支撐架的圓柱凹槽內(nèi),蓋板通過螺栓固定在支撐架上表面,同時螺栓通過蓋板固定質(zhì)量塊在支撐架中的位置,永久磁鐵安裝于質(zhì)量塊的圓柱凹槽內(nèi);它作為機(jī)械加工領(lǐng)域減振裝置,可有效抑制薄壁零件的切削顫振,保證薄壁零件高質(zhì)高效的加工過程;它在質(zhì)量塊與支撐架發(fā)生相對運(yùn)動時產(chǎn)生電渦流效應(yīng)阻礙支撐架的振動,從而抑制薄壁零件的振動;電渦流阻尼為非接觸式,可抑制多階振動模態(tài);它能夠精確地調(diào)節(jié)阻尼器剛度,從而更方便快捷地匹配薄壁零件剛度,更加有效抑制薄壁零件振動;它結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,成本低廉,對環(huán)境無污染,適用范圍廣泛。
【專利說明】
一種電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械加工領(lǐng)域,涉及一種抑制薄壁零件切削顫振的裝置,具體來說,是一種通過旋轉(zhuǎn)阻尼器方向快速調(diào)節(jié)固有頻率的電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,抑振頻帶寬,調(diào)節(jié)方便快捷,適用于切削過程中薄壁零件剛度變化過程,保證薄壁零件的加工質(zhì)量及效率。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬切削過程中,薄壁零件與刀具間經(jīng)常出現(xiàn)切削顫振,致使主軸功率增加,薄壁零件加工質(zhì)量及效率低下、刀具磨損加劇。而切削顫振中發(fā)出的噪音也會對操作人員的健康造成一定傷害。本發(fā)明的初衷即為改善以上現(xiàn)象。此專利用調(diào)節(jié)阻尼器參數(shù)改變機(jī)床動力學(xué)特性,補(bǔ)償弱剛性模態(tài),從根本上避免切削顫振帶來的不利現(xiàn)象。
[0003]阻尼器主要分為三類:半主動形式、主動形式和被動形式等。半主動以及主動形式阻尼器抑振效果明顯,但需消耗能源,存在時滯效應(yīng),復(fù)雜的軟硬件設(shè)備易導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定,成本亦較高。相反,被動形式阻尼器具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)施方便、形式靈活等優(yōu)點(diǎn),因而應(yīng)用較為廣泛。被動形式阻尼器通過改變阻尼器參數(shù)調(diào)節(jié)其剛度,達(dá)到抑制薄壁零件切削中顫振的目的。但傳統(tǒng)被動形式阻尼器亦存在一定缺陷:只能抑制特定模態(tài),效果雖較明顯,但抑制頻率過窄,對于切削加工過程中動力學(xué)特性快速變化的薄壁零件抑振效果有限;大部分阻尼器為接觸式,摩擦消耗導(dǎo)致阻尼器極易損壞失效。電渦流不需要與被減振薄壁零件接觸,因而磨損少,抑振頻帶較寬,適用范圍廣泛,易于維護(hù),使用壽命長。本電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器結(jié)構(gòu)新穎,可通過質(zhì)量塊方向調(diào)整來實(shí)現(xiàn)其頻率在較大范圍內(nèi)的調(diào)諧,通過增減永久磁鐵以及調(diào)整永久磁鐵的位置可調(diào)節(jié)阻尼比,使其更適用于薄壁零件銑削加工顫振抑制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對上述問題,本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)新穎的電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器。對薄壁零件切削加工中的顫振現(xiàn)象進(jìn)行抑制,根據(jù)待抑振的薄壁零件動力學(xué)特性調(diào)整阻尼器參數(shù),以達(dá)到對薄壁零件切削顫振的最佳抑振效果,使其廣泛應(yīng)用于切削加工領(lǐng)域。
[0005]本發(fā)明一種電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,其特征在于:它包括質(zhì)量塊、支撐架、螺栓、蓋板及永久磁鐵。
[0006]以上部件相互之間位置關(guān)系是:質(zhì)量塊安裝在支撐架的圓柱凹槽內(nèi),蓋板通過螺栓固定在支撐架上表面,同時螺栓通過蓋板固定質(zhì)量塊在支撐架中的位置,永久磁鐵安裝于質(zhì)量塊的圓柱凹槽內(nèi)。
[0007]所述支撐架材料為鋁合金,支撐架后側(cè)邊為一個長方體臺階,方便支撐架貼合在待抑振的薄壁零件表面,左右兩側(cè)均有一個凹槽,為減輕支撐架重量,每個凹槽兩側(cè)均有一個螺紋盲孔,螺紋盲孔完全一樣,距凹槽的距離相等,螺栓通過與螺紋盲孔連接固定蓋板在支撐架上表面。支撐架中部為圓柱形凹槽,圓柱形凹槽直徑略大于質(zhì)量塊外圓直徑,便于質(zhì)量塊在凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)方向,圓柱形凹槽底面與左右側(cè)凹槽處交合處各有一個方形柱臺,用于支撐質(zhì)量塊的外圓柱臺階。
[0008]所述蓋板形狀為長方體,中部有三個螺紋通孔,有兩套,分別為蓋板A、蓋板B。蓋板的材料均為鋁合金,蓋板A與蓋板B結(jié)構(gòu)完全相同,螺栓通過中部螺紋通孔固定質(zhì)量塊在支撐架中的方向,兩側(cè)螺紋通孔關(guān)于中部螺紋通孔對稱,螺栓通過兩側(cè)螺紋通孔固定蓋板于支撐架上。
[0009]所述螺栓一共有6套,直徑D= 2mm,尺寸結(jié)構(gòu)完全相同。分別為螺栓A、螺栓B、螺栓C、螺栓D、螺栓E、螺栓F。左右兩側(cè)均安裝三個螺栓,安裝方式完全相同,安裝在蓋板前后兩個螺紋通孔上的兩個螺栓用來固定蓋板的位置,安裝在蓋板中間螺紋通孔的螺栓用來固定質(zhì)量塊的方向。
[0010]所述質(zhì)量塊由圓柱形臺階,橫梁、豎梁以及帶凹槽圓柱組成,材料為鋁合金,具有質(zhì)量輕、易加工的優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)量塊外邊緣有一個圓柱形臺階,臺階下部分支撐在支撐架圓柱形凹槽上的兩個方形柱臺上,臺階上部分分別被左右兩側(cè)的一個螺栓擰緊固定,通過改變被螺栓固定的位置來調(diào)整質(zhì)量塊相對于支撐架的方向,從而調(diào)節(jié)阻尼器的剛度,達(dá)到對薄壁零件切削顫振進(jìn)行抑制的目的。質(zhì)量塊中部有帶底部的圓柱框,圓柱框內(nèi)粘貼永久磁鐵,圓柱框與質(zhì)量塊外圓柱邊之間有兩套結(jié)構(gòu)對稱的橫、豎梁,橫梁、豎梁的位置及厚度為改變質(zhì)量塊剛度的主要因素。
[0011 ]所述永久磁鐵為圓柱形永久磁鐵,安裝在質(zhì)量塊中部圓柱框內(nèi)。
[0012]上述電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器具備調(diào)節(jié)阻尼器剛度便捷、抑振頻帶寬的特點(diǎn),可有效抑制薄壁零件切削過程中的模態(tài)變化。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014]1、本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器作為機(jī)械加工領(lǐng)域減振裝置,可有效抑制薄壁零件的切削顫振,削弱薄壁零件的固有模態(tài),保證薄壁零件高質(zhì)高效的加工過程;
[0015]2、本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器利用電渦流效應(yīng),在質(zhì)量塊內(nèi)安裝永久磁鐵,在質(zhì)量塊與支撐架發(fā)生相對運(yùn)動時產(chǎn)生電渦流效應(yīng)阻礙支撐架的振動,從而抑制薄壁零件的振動;電渦流阻尼為非接觸式,可抑制多階振動模態(tài);
[0016]3、本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器通過旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊改變其在支撐架中的方向,再用螺栓將其固定,從而改變阻尼器剛度。通過這種方法能夠精確地調(diào)節(jié)阻尼器剛度,從而更方便快捷地匹配薄壁零件剛度,更加有效抑制薄壁零件振動;
[0017]4、本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器通過調(diào)節(jié)安裝在薄壁零件上的位置,可以擴(kuò)大抑振的頻率范圍,克服了傳統(tǒng)阻尼器帶寬窄的缺點(diǎn),具有廣泛的應(yīng)用前景;
[0018]5、本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器通過螺栓使各個零件的位置相對固定,材料采用鋁材料,密度小,對薄壁零件質(zhì)量影響小,安裝方便,適用范圍廣泛;
[0019]6、本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器結(jié)構(gòu)簡單,實(shí)現(xiàn)方便,成本低廉,對環(huán)境友好無污染。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器整體結(jié)構(gòu)正視示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器整體結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器整體結(jié)構(gòu)左視示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器整體結(jié)構(gòu)左視剖視圖。
[0025]圖6為本發(fā)明電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器參數(shù)尋優(yōu)方法流程圖。
[0026]圖中:
[0027]1-質(zhì)量塊2-支撐架3-螺栓
[0028]4-蓋板5-永久磁鐵201-方形柱臺具體實(shí)施方案
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0030]本發(fā)明為電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,如圖1、圖2、圖3、圖5所示,包括質(zhì)量塊1、支撐架2、螺栓3、蓋板4、永久磁鐵5。
[0031 ]所述質(zhì)量塊I的外邊緣為圓柱臺階,正中心為帶底部的圓柱框,圓柱框的直徑往外延伸方向上有一對豎梁,一對橫梁與豎梁在垂直方向分別連接,橫梁與豎梁為改變質(zhì)量塊I剛度的主要因素,材料為鋁合金。安裝時圓柱框的底部朝上,倒扣在支撐架中部凹槽內(nèi),圓柱臺階支撐在方形柱臺201上,質(zhì)量塊I最大外圓的直徑略小于凹槽的直徑,通過在凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)阻尼器的剛度。通過左右側(cè)中間的螺栓3擰緊固定質(zhì)量塊I的方向。
[0032]所述支撐架2內(nèi)側(cè)為長方體臺階,便于將支撐架2粘貼于薄壁零件表面,左右兩側(cè)各有一個凹槽,為減輕支撐架,凹槽前后距離相等處各有一個螺紋盲孔,通過螺栓與螺紋盲孔連接可固定蓋板4在支撐架2上,中部有一個圓柱形凹槽,質(zhì)量塊I安裝于圓柱形凹槽內(nèi),圓柱形凹槽與左右側(cè)凹槽結(jié)合處各有一個方形柱臺,方形柱臺用于支撐質(zhì)量塊I的圓柱臺階,材料為鋁合金,為減輕阻尼器質(zhì)量。
[0033]所述螺栓3有六個,分別為螺栓A、螺栓B、螺栓C、螺栓D、螺栓E、螺栓F。六個螺栓結(jié)構(gòu)相同。支撐架2左右兩側(cè)分別安裝三個螺栓,螺栓3在左右側(cè)安裝位置完全對稱,左側(cè)安裝的三個螺栓中前后兩個穿過蓋板4前后兩個螺紋通孔擰緊在支撐架2的螺紋盲孔中,可固定蓋板4于支撐架2上表面,中間的螺栓3通過蓋板4中部的螺紋通孔擰緊在質(zhì)量塊I的圓柱臺階上表面,此時螺栓3處于支撐架2的方形柱臺201的正上方。右側(cè)螺栓的安裝方式及作用與左側(cè)完全相同。
[0034]所述蓋板4有兩套,分別為蓋板A、蓋板B。兩套蓋板結(jié)構(gòu)相同。蓋板材料為鋁合金,能有效減輕阻尼器的質(zhì)量,蓋板4用來固定質(zhì)量塊I的方向。蓋板4上有三個螺紋通孔,三個螺紋通孔大小完全相同,前后兩個螺紋通孔關(guān)于中間螺紋通孔對稱。螺栓3與前后兩螺紋通孔連接,固定蓋板4在支撐架上表面,螺栓3與中間螺紋通孔連接,固定質(zhì)量塊I在支撐架2中的方向。所述永久磁鐵5為圓柱形磁鐵,粘貼在質(zhì)量塊I中部的圓柱框內(nèi)。當(dāng)質(zhì)量塊I與支撐架2發(fā)生相對運(yùn)動時,產(chǎn)生電渦流效應(yīng),阻礙支撐架2及薄壁零件的振動,從而達(dá)到抑振的目的。
[0035]上述電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,根據(jù)待加工薄壁零件的固有頻率調(diào)整質(zhì)量塊I在支撐架2中的方向,用螺栓3固定質(zhì)量塊1,使阻尼器的固有頻率與薄壁零件固有頻率保持一致。切削振動時,質(zhì)量塊I的弱剛性結(jié)構(gòu)能夠較好的抑制阻尼器的切削振動,同時安裝在質(zhì)量塊I中的永久磁鐵5利用質(zhì)量塊I與支撐架2的相對運(yùn)動產(chǎn)生電渦流效應(yīng)阻礙支撐架及薄壁零件的振動,從而更好地抑制薄壁零件的切削振動。隨著薄壁零件材料的去除,薄壁零件的固有頻率發(fā)生變化,通過旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊I,改變其在支撐架2中的方向可使阻尼器的固有頻率與薄壁零件固有頻率保持同步變化,根據(jù)上述阻尼器工作原理,此時薄壁零件的振動亦被抑制。因此本發(fā)明具有實(shí)時調(diào)節(jié),方便快捷、抑振效果好、抑振頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)。為對薄壁零件的振動進(jìn)行最佳抑制,首先需要識別薄壁零件動力學(xué)參數(shù)并對薄壁零件的主結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)特性測試,得到薄壁零件的固有頻率、振型;再通過有限元仿真得到阻尼器調(diào)節(jié)到最優(yōu)參數(shù)時具有的最優(yōu)阻尼及阻尼比。正式切削時,對阻尼器的固有頻率就行辨識并進(jìn)行動態(tài)特性測試,調(diào)節(jié)阻尼器的剛度達(dá)到最佳抑制效果,如圖6所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,其特征在于:它包括質(zhì)量塊、支撐架、螺栓、蓋板及永久磁鐵; 以上部件相互之間位置關(guān)系是:質(zhì)量塊安裝在支撐架的圓柱凹槽內(nèi),蓋板通過螺栓固定在支撐架上表面,同時螺栓通過蓋板固定質(zhì)量塊在支撐架中的位置,永久磁鐵安裝于質(zhì)量塊的圓柱凹槽內(nèi); 所述支撐架,其后側(cè)邊為一個長方體臺階,方便支撐架貼合在待抑振的薄壁零件表面,左右兩側(cè)均有一個凹槽,為減輕支撐架重量,每個凹槽兩側(cè)均有一個螺紋盲孔,螺紋盲孔完全一樣,距凹槽的距離相等,螺栓通過與螺紋盲孔連接固定蓋板在支撐架上表面;支撐架中部為圓柱形凹槽,圓柱形凹槽直徑大于質(zhì)量塊外圓直徑,便于質(zhì)量塊在凹槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)方向,圓柱形凹槽底面與左右側(cè)凹槽處交合處各有一個方形柱臺,用于支撐質(zhì)量塊的外圓柱臺階; 所述蓋板形狀為長方體,中部有三個螺紋通孔,有兩套,分別為蓋板A、蓋板B ;蓋板A與蓋板B結(jié)構(gòu)完全相同,螺栓通過中部螺紋通孔固定質(zhì)量塊在支撐架中的方向,兩側(cè)螺紋通孔關(guān)于中部螺紋通孔對稱,螺栓通過兩側(cè)螺紋通孔固定蓋板于支撐架上; 所述螺栓一共有6套,尺寸結(jié)構(gòu)完全相同,分別為螺栓A、螺栓B、螺栓C、螺栓栓F;左右兩側(cè)均安裝三個螺栓,安裝方式完全相同,安裝在蓋板前后兩個螺紋通孔上的兩個螺栓用來固定蓋板的位置,安裝在蓋板中間螺紋通孔的螺栓用來固定質(zhì)量塊的方向; 所述質(zhì)量塊由圓柱形臺階、橫梁、豎梁以及帶凹槽圓柱組成;該質(zhì)量塊的外邊緣有一個圓柱形臺階,臺階下部分支撐在支撐架圓柱形凹槽上的兩個方形柱臺上,臺階上部分分別被左右兩側(cè)的一個螺栓擰緊固定,通過改變被螺栓固定的位置來調(diào)整質(zhì)量塊相對于支撐架的方向,從而調(diào)節(jié)阻尼器的剛度,達(dá)到對薄壁零件切削顫振進(jìn)行抑制的目的;質(zhì)量塊中部有帶底部的圓柱框,圓柱框內(nèi)粘貼永久磁鐵,圓柱框與質(zhì)量塊外圓柱邊之間有兩套結(jié)構(gòu)對稱的橫、豎梁,橫梁、豎梁的位置及厚度為改變質(zhì)量塊剛度的主要因素; 所述永久磁鐵為圓柱形永久磁鐵,安裝在質(zhì)量塊中部圓柱框內(nèi); 上述電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器具備調(diào)節(jié)阻尼器剛度便捷、抑振頻帶寬的特點(diǎn),能有效抑制薄壁零件切削過程中的模態(tài)變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,其特征在于:所述的支撐架,其材料為鋁合金。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,其特征在于:所述的支撐架,其材料為鋁合金。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,其特征在于:所述的質(zhì)量塊,其材料為鋁合金。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電渦流旋轉(zhuǎn)變剛度阻尼器,其特征在于:所述的螺栓即螺栓A、螺栓B、螺栓C、螺栓D、螺栓E和螺栓F,其直徑D = 2mm。
【文檔編號】F16F6/00GK105889380SQ201610420687
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】楊毅青, 謝日成
【申請人】北京航空航天大學(xué)