CN105889380A - 一种电涡流旋转变刚度阻尼器 - Google Patents

Abstract

一种电涡流旋转变刚度阻尼器，它包括质量块、支撑架、螺栓、盖板及永久磁铁；质量块安装在支撑架的圆柱凹槽内，盖板通过螺栓固定在支撑架上表面，同时螺栓通过盖板固定质量块在支撑架中的位置，永久磁铁安装于质量块的圆柱凹槽内；它作为机械加工领域减振装置，可有效抑制薄壁零件的切削颤振，保证薄壁零件高质高效的加工过程；它在质量块与支撑架发生相对运动时产生电涡流效应阻碍支撑架的振动，从而抑制薄壁零件的振动；电涡流阻尼为非接触式，可抑制多阶振动模态；它能够精确地调节阻尼器刚度，从而更方便快捷地匹配薄壁零件刚度，更加有效抑制薄壁零件振动；它结构简单，安装方便，成本低廉，对环境无污染，适用范围广泛。

Description

一种电涡流旋转变刚度阻尼器

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种抑制薄壁零件切削颤振的装置，具体来说，是一种通过旋转阻尼器方向快速调节固有频率的电涡流旋转变刚度阻尼器，抑振频带宽，调节方便快捷，适用于切削过程中薄壁零件刚度变化过程，保证薄壁零件的加工质量及效率。

背景技术

金属切削过程中，薄壁零件与刀具间经常出现切削颤振，致使主轴功率增加，薄壁零件加工质量及效率低下、刀具磨损加剧。而切削颤振中发出的噪音也会对操作人员的健康造成一定伤害。本发明的初衷即为改善以上现象。此专利用调节阻尼器参数改变机床动力学特性，补偿弱刚性模态，从根本上避免切削颤振带来的不利现象。

阻尼器主要分为三类：半主动形式、主动形式和被动形式等。半主动以及主动形式阻尼器抑振效果明显，但需消耗能源，存在时滞效应，复杂的软硬件设备易导致系统的不稳定，成本亦较高。相反，被动形式阻尼器具有结构简单、实施方便、形式灵活等优点，因而应用较为广泛。被动形式阻尼器通过改变阻尼器参数调节其刚度，达到抑制薄壁零件切削中颤振的目的。但传统被动形式阻尼器亦存在一定缺陷：只能抑制特定模态，效果虽较明显，但抑制频率过窄，对于切削加工过程中动力学特性快速变化的薄壁零件抑振效果有限；大部分阻尼器为接触式，摩擦消耗导致阻尼器极易损坏失效。电涡流不需要与被减振薄壁零件接触，因而磨损少，抑振频带较宽，适用范围广泛，易于维护，使用寿命长。本电涡流旋转变刚度阻尼器结构新颖，可通过质量块方向调整来实现其频率在较大范围内的调谐，通过增减永久磁铁以及调整永久磁铁的位置可调节阻尼比，使其更适用于薄壁零件铣削加工颤振抑制。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种结构新颖的电涡流旋转变刚度阻尼器。对薄壁零件切削加工中的颤振现象进行抑制，根据待抑振的薄壁零件动力学特性调整阻尼器参数，以达到对薄壁零件切削颤振的最佳抑振效果，使其广泛应用于切削加工领域。

本发明一种电涡流旋转变刚度阻尼器，其特征在于：它包括质量块、支撑架、螺栓、盖板及永久磁铁。

以上部件相互之间位置关系是：质量块安装在支撑架的圆柱凹槽内，盖板通过螺栓固定在支撑架上表面，同时螺栓通过盖板固定质量块在支撑架中的位置，永久磁铁安装于质量块的圆柱凹槽内。

所述支撑架材料为铝合金，支撑架后侧边为一个长方体台阶，方便支撑架贴合在待抑振的薄壁零件表面，左右两侧均有一个凹槽，为减轻支撑架重量，每个凹槽两侧均有一个螺纹盲孔，螺纹盲孔完全一样，距凹槽的距离相等，螺栓通过与螺纹盲孔连接固定盖板在支撑架上表面。支撑架中部为圆柱形凹槽，圆柱形凹槽直径略大于质量块外圆直径，便于质量块在凹槽内旋转方向，圆柱形凹槽底面与左右侧凹槽处交合处各有一个方形柱台，用于支撑质量块的外圆柱台阶。

所述盖板形状为长方体，中部有三个螺纹通孔，有两套，分别为盖板A、盖板B。盖板的材料均为铝合金，盖板A与盖板B结构完全相同，螺栓通过中部螺纹通孔固定质量块在支撑架中的方向，两侧螺纹通孔关于中部螺纹通孔对称，螺栓通过两侧螺纹通孔固定盖板于支撑架上。

所述螺栓一共有6套，直径D＝2mm，尺寸结构完全相同。分别为螺栓A、螺栓B、螺栓C、螺栓D、螺栓E、螺栓F。左右两侧均安装三个螺栓，安装方式完全相同，安装在盖板前后两个螺纹通孔上的两个螺栓用来固定盖板的位置，安装在盖板中间螺纹通孔的螺栓用来固定质量块的方向。

所述质量块由圆柱形台阶，横梁、竖梁以及带凹槽圆柱组成，材料为铝合金，具有质量轻、易加工的优点。质量块外边缘有一个圆柱形台阶，台阶下部分支撑在支撑架圆柱形凹槽上的两个方形柱台上，台阶上部分分别被左右两侧的一个螺栓拧紧固定，通过改变被螺栓固定的位置来调整质量块相对于支撑架的方向，从而调节阻尼器的刚度，达到对薄壁零件切削颤振进行抑制的目的。质量块中部有带底部的圆柱框，圆柱框内粘贴永久磁铁，圆柱框与质量块外圆柱边之间有两套结构对称的横、竖梁，横梁、竖梁的位置及厚度为改变质量块刚度的主要因素。

所述永久磁铁为圆柱形永久磁铁，安装在质量块中部圆柱框内。

上述电涡流旋转变刚度阻尼器具备调节阻尼器刚度便捷、抑振频带宽的特点，可有效抑制薄壁零件切削过程中的模态变化。

本发明的优点在于：

1、本发明电涡流旋转变刚度阻尼器作为机械加工领域减振装置，可有效抑制薄壁零件的切削颤振，削弱薄壁零件的固有模态，保证薄壁零件高质高效的加工过程；

2、本发明电涡流旋转变刚度阻尼器利用电涡流效应，在质量块内安装永久磁铁，在质量块与支撑架发生相对运动时产生电涡流效应阻碍支撑架的振动，从而抑制薄壁零件的振动；电涡流阻尼为非接触式，可抑制多阶振动模态；

3、本发明电涡流旋转变刚度阻尼器通过旋转质量块改变其在支撑架中的方向，再用螺栓将其固定，从而改变阻尼器刚度。通过这种方法能够精确地调节阻尼器刚度，从而更方便快捷地匹配薄壁零件刚度，更加有效抑制薄壁零件振动；

4、本发明电涡流旋转变刚度阻尼器通过调节安装在薄壁零件上的位置，可以扩大抑振的频率范围，克服了传统阻尼器带宽窄的缺点，具有广泛的应用前景；

5、本发明电涡流旋转变刚度阻尼器通过螺栓使各个零件的位置相对固定，材料采用铝材料，密度小，对薄壁零件质量影响小，安装方便，适用范围广泛；

6、本发明电涡流旋转变刚度阻尼器结构简单，实现方便，成本低廉，对环境友好无污染。

附图说明

图1为本发明电涡流旋转变刚度阻尼器整体结构示意图。

图2为本发明电涡流旋转变刚度阻尼器整体结构正视示意图。

图3为本发明电涡流旋转变刚度阻尼器整体结构俯视示意图。

图4为本发明电涡流旋转变刚度阻尼器整体结构左视示意图。

图5为本发明电涡流旋转变刚度阻尼器整体结构左视剖视图。

图6为本发明电涡流旋转变刚度阻尼器参数寻优方法流程图。

图中：

1-质量块 2-支撑架 3-螺栓

4-盖板 5-永久磁铁 201-方形柱台

具体实施方案

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明为电涡流旋转变刚度阻尼器，如图1、图2、图3、图5所示，包括质量块1、支撑架2、螺栓3、盖板4、永久磁铁5。

所述质量块1的外边缘为圆柱台阶，正中心为带底部的圆柱框，圆柱框的直径往外延伸方向上有一对竖梁，一对横梁与竖梁在垂直方向分别连接，横梁与竖梁为改变质量块1刚度的主要因素，材料为铝合金。安装时圆柱框的底部朝上，倒扣在支撑架中部凹槽内，圆柱台阶支撑在方形柱台201上，质量块1最大外圆的直径略小于凹槽的直径，通过在凹槽内旋转，调节阻尼器的刚度。通过左右侧中间的螺栓3拧紧固定质量块1的方向。

所述支撑架2内侧为长方体台阶，便于将支撑架2粘贴于薄壁零件表面，左右两侧各有一个凹槽，为减轻支撑架，凹槽前后距离相等处各有一个螺纹盲孔，通过螺栓与螺纹盲孔连接可固定盖板4在支撑架2上，中部有一个圆柱形凹槽，质量块1安装于圆柱形凹槽内，圆柱形凹槽与左右侧凹槽结合处各有一个方形柱台，方形柱台用于支撑质量块1的圆柱台阶，材料为铝合金，为减轻阻尼器质量。

所述螺栓3有六个，分别为螺栓A、螺栓B、螺栓C、螺栓D、螺栓E、螺栓F。六个螺栓结构相同。支撑架2左右两侧分别安装三个螺栓，螺栓3在左右侧安装位置完全对称，左侧安装的三个螺栓中前后两个穿过盖板4前后两个螺纹通孔拧紧在支撑架2的螺纹盲孔中，可固定盖板4于支撑架2上表面，中间的螺栓3通过盖板4中部的螺纹通孔拧紧在质量块1的圆柱台阶上表面，此时螺栓3处于支撑架2的方形柱台201的正上方。右侧螺栓的安装方式及作用与左侧完全相同。

所述盖板4有两套，分别为盖板A、盖板B。两套盖板结构相同。盖板材料为铝合金，能有效减轻阻尼器的质量，盖板4用来固定质量块1的方向。盖板4上有三个螺纹通孔，三个螺纹通孔大小完全相同，前后两个螺纹通孔关于中间螺纹通孔对称。螺栓3与前后两螺纹通孔连接，固定盖板4在支撑架上表面，螺栓3与中间螺纹通孔连接，固定质量块1在支撑架2中的方向。所述永久磁铁5为圆柱形磁铁，粘贴在质量块1中部的圆柱框内。当质量块1与支撑架2发生相对运动时，产生电涡流效应，阻碍支撑架2及薄壁零件的振动，从而达到抑振的目的。

上述电涡流旋转变刚度阻尼器，根据待加工薄壁零件的固有频率调整质量块1在支撑架2中的方向，用螺栓3固定质量块1，使阻尼器的固有频率与薄壁零件固有频率保持一致。切削振动时，质量块1的弱刚性结构能够较好的抑制阻尼器的切削振动，同时安装在质量块1中的永久磁铁5利用质量块1与支撑架2的相对运动产生电涡流效应阻碍支撑架及薄壁零件的振动，从而更好地抑制薄壁零件的切削振动。随着薄壁零件材料的去除，薄壁零件的固有频率发生变化，通过旋转质量块1，改变其在支撑架2中的方向可使阻尼器的固有频率与薄壁零件固有频率保持同步变化，根据上述阻尼器工作原理，此时薄壁零件的振动亦被抑制。因此本发明具有实时调节，方便快捷、抑振效果好、抑振频带宽的优点。为对薄壁零件的振动进行最佳抑制，首先需要识别薄壁零件动力学参数并对薄壁零件的主结构进行动态特性测试，得到薄壁零件的固有频率、振型；再通过有限元仿真得到阻尼器调节到最优参数时具有的最优阻尼及阻尼比。正式切削时，对阻尼器的固有频率就行辨识并进行动态特性测试，调节阻尼器的刚度达到最佳抑制效果，如图6所示。

Claims (5)

1.一种电涡流旋转变刚度阻尼器，其特征在于：它包括质量块、支撑架、螺栓、盖板及永久磁铁；

以上部件相互之间位置关系是：质量块安装在支撑架的圆柱凹槽内，盖板通过螺栓固定在支撑架上表面，同时螺栓通过盖板固定质量块在支撑架中的位置，永久磁铁安装于质量块的圆柱凹槽内；

所述支撑架，其后侧边为一个长方体台阶，方便支撑架贴合在待抑振的薄壁零件表面，左右两侧均有一个凹槽，为减轻支撑架重量，每个凹槽两侧均有一个螺纹盲孔，螺纹盲孔完全一样，距凹槽的距离相等，螺栓通过与螺纹盲孔连接固定盖板在支撑架上表面；支撑架中部为圆柱形凹槽，圆柱形凹槽直径大于质量块外圆直径，便于质量块在凹槽内旋转方向，圆柱形凹槽底面与左右侧凹槽处交合处各有一个方形柱台，用于支撑质量块的外圆柱台阶；

所述盖板形状为长方体，中部有三个螺纹通孔，有两套，分别为盖板A、盖板B；盖板A与盖板B结构完全相同，螺栓通过中部螺纹通孔固定质量块在支撑架中的方向，两侧螺纹通孔关于中部螺纹通孔对称，螺栓通过两侧螺纹通孔固定盖板于支撑架上；

所述螺栓一共有6套，尺寸结构完全相同，分别为螺栓A、螺栓B、螺栓C、螺栓D、螺栓E、螺栓F；左右两侧均安装三个螺栓，安装方式完全相同，安装在盖板前后两个螺纹通孔上的两个螺栓用来固定盖板的位置，安装在盖板中间螺纹通孔的螺栓用来固定质量块的方向；

所述质量块由圆柱形台阶、横梁、竖梁以及带凹槽圆柱组成；该质量块的外边缘有一个圆柱形台阶，台阶下部分支撑在支撑架圆柱形凹槽上的两个方形柱台上，台阶上部分分别被左右两侧的一个螺栓拧紧固定，通过改变被螺栓固定的位置来调整质量块相对于支撑架的方向，从而调节阻尼器的刚度，达到对薄壁零件切削颤振进行抑制的目的；质量块中部有带底部的圆柱框，圆柱框内粘贴永久磁铁，圆柱框与质量块外圆柱边之间有两套结构对称的横、竖梁，横梁、竖梁的位置及厚度为改变质量块刚度的主要因素；

所述永久磁铁为圆柱形永久磁铁，安装在质量块中部圆柱框内；

上述电涡流旋转变刚度阻尼器具备调节阻尼器刚度便捷、抑振频带宽的特点，能有效抑制薄壁零件切削过程中的模态变化。

2.根据权利要求1所述的一种电涡流旋转变刚度阻尼器，其特征在于：所述的支撑架，其材料为铝合金。

3.根据权利要求1所述的一种电涡流旋转变刚度阻尼器，其特征在于：所述的支撑架，其材料为铝合金。

4.根据权利要求1所述的一种电涡流旋转变刚度阻尼器，其特征在于：所述的质量块，其材料为铝合金。

5.根据权利要求1所述的一种电涡流旋转变刚度阻尼器，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，其直径D＝2mm。