CN116673509B - 一种内置磁流变弹性体减振镗杆 - Google Patents
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Abstract
一种内置磁流变弹性体减振镗杆，它涉及切削加工技术领域。本发明为解决现有吸振器的减振效果难以实现有效的控制，减振效果并不明显的问题。本发明包括刀头连接块、杆身、磁流变弹性体、大质量块、控制模块、两个小质量块、两个悬臂梁和两个摩擦阻尼装置，杆身前端面的中部开设有镗杆空腔槽，刀头连接块的后侧端插装固接在镗杆空腔槽的槽口处，磁流变弹性体垂直固接在镗杆空腔槽长度方向上的中部，大质量块垂直插装在磁流变弹性体的中部，且大质量块的外侧沿圆周方向固接有多个第一铁芯线槽，大质量块的两端分别垂直固接有悬臂梁，悬臂梁的外侧端垂直固接有小质量块，悬臂梁的中部固接有摩擦阻尼装置。本发明用于镗削加工。
Description
技术领域
本发明涉及切削加工技术领域，具体涉及一种内置磁流变弹性体减振镗杆。
背景技术
在金属切削加工中，内孔加工约占加工总量的33％。20世纪以前，超深孔加工技术多应用于保密的军工领域，且因加工难度大，加工成本高而闻名于整个制造业。进入21世纪后，随着科学技术的飞速发展，超深孔类零件在军用、民用领域得到了广泛的应用，其中多涉及关系国防与民生的军工、航空航天、能源装备等重大领域。
镗杆广泛应用于深孔加工。然而，由于镗杆悬臂梁结构的刚度较低，当镗杆长径比较大时，经常会发生振动。且在镗削加工过程中，由于镗杆需要伸入到工件内部进行加工，工作条件封闭无法直接观测到镗杆实时的加工状态，镗杆和工件的接触在振动、切削热和切削力的作用下较为复杂，而镗杆的加工状态较差时，会对工件的表面质量造成损害，对工件的尺寸精度以及镗床的加工效率产生一定的影响。现有的吸振器的减振效果难以实现有效的控制，减振效果并不明显。
发明内容
本发明为了解决现有吸振器的减振效果难以实现有效的控制，减振效果并不明显的问题，进而提出一种内置磁流变弹性体减振镗杆。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种内置磁流变弹性体减振镗杆包括刀头连接块、杆身、磁流变弹性体、大质量块、控制模块、两个小质量块、两个悬臂梁和两个摩擦阻尼装置，杆身前端面的中部开设有镗杆空腔槽，刀头连接块的后侧端插装固接在镗杆空腔槽的槽口处，磁流变弹性体垂直固接在镗杆空腔槽长度方向上的中部，大质量块垂直插装在磁流变弹性体的中部，且大质量块的外侧沿圆周方向固接有多个第一铁芯线槽，大质量块的两端分别垂直固接有悬臂梁，悬臂梁的外侧端垂直固接有小质量块，悬臂梁的中部固接有摩擦阻尼装置，第一铁芯线槽和摩擦阻尼装置分别通过导线与控制模块电连接。
进一步地，所述磁流变弹性体的形状为圆筒状，第一铁芯线槽的外侧端与磁流变弹性体的内侧壁固接。
进一步地，多个第一铁芯线槽分成沿大质量块宽度方向对称设置的两组第一铁芯线槽，每组第一铁芯线槽中均包括六个沿圆周方向均布设置的第一铁芯线槽，每个第一铁芯线槽分别沿大质量块的径向方向设置。
进一步地，所述小质量块通过悬臂梁悬空设置在镗杆空腔槽的中部。
进一步地，所述磁流变弹性体、大质量块、悬臂梁、小质量块和摩擦阻尼装置均同轴设置。
进一步地，所述摩擦阻尼装置包括两个夹紧板、多个挡板和多个摩擦板，夹紧板的形状为一端敞口且另一端封闭的圆筒状，两个夹紧板的敞口端相对设置套装在悬臂梁上，夹紧板敞口端的外圆周侧壁上对称固接有两个安装槽，安装槽内水平固接有第二铁芯线槽，多个挡板并列设置在两个夹紧板的内部，挡板的两端均固接有摩擦片，每相邻两个挡板之间均设有摩擦板，挡板和摩擦板的中部均套装在悬臂梁上。
进一步地，所述悬臂梁的端部垂直插装在夹紧板封闭端端面的中部。
进一步地，所述夹紧板封闭端的外侧设有弹性挡圈，弹性挡圈套装在悬臂梁的侧壁上。
进一步地，所述挡板和摩擦板的形状均为圆形。
进一步地，所述挡板和摩擦板的中部均开设有安装孔，且摩擦板的安装孔的孔径大于悬臂梁的外径。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
本发明提供了一种三自由度减振镗杆，所以既可以改变二自由度也可以改变三自由度，二自由度是运用了一种智能材料磁流变弹性体，通过改变铁芯线槽上的一圈圈导线中电流的大小，从而改变磁场的大小，磁场大小的改变会改变磁流变弹性体的刚度和阻尼。由于磁流变弹性体和大质量块的一体结构作为支撑结构，当成第二自由度，所以就可以改变二自由度的刚度和阻尼。在改变第二自由度的基础上，也可以改变第三自由度，此结构的第三自由度上的悬臂梁安装了摩擦阻尼结构，通过摩擦板和摩擦片的相对摩擦从而进行能量消耗，在摩擦阻尼结构的最外侧结构安装了夹紧板，通过改变夹紧板一端的通电磁铁的导线电流，可以令通电磁铁产生同性相吸异性相斥(原理)，给整个摩擦阻尼结构增加横向的力，从而改变了摩擦力，第三自由度的能量损耗也随之改变，实现第三自由度上进行阻尼控制进行更好的减振。此外摩擦板与悬臂梁之间会有冲击，也会起到能量损耗，也可以实现减振。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中的A-A向视图；
图3是图1中的B-B向视图；
图4是本发明中摩擦阻尼装置的结构示意图；
图5是本发明中挡板9、摩擦板11和悬臂梁5的结构示意图；
图6是图5的侧视图；
图7是本发明中弹性挡圈18的主视图；
图8是图7的侧视图；
图9是本发明中摩擦板11的主视图；
图10是图9的侧视图
图11本发明的减振原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述一种内置磁流变弹性体减振镗杆包括刀头连接块2、杆身3、磁流变弹性体6、大质量块7、控制模块13、两个小质量块4、两个悬臂梁5和两个摩擦阻尼装置，杆身3前端面的中部开设有镗杆空腔槽3-1，刀头连接块2的后侧端插装固接在镗杆空腔槽3-1的槽口处，磁流变弹性体6垂直固接在镗杆空腔槽3-1长度方向上的中部，大质量块7垂直插装在磁流变弹性体6的中部，且大质量块7的外侧沿圆周方向固接有多个第一铁芯线槽8，大质量块7的两端分别垂直固接有悬臂梁5，悬臂梁5的外侧端垂直固接有小质量块4，悬臂梁5的中部固接有摩擦阻尼装置，第一铁芯线槽8和摩擦阻尼装置分别通过导线12与控制模块13电连接。
所述控制模块13设置在杆身3的外侧。控制模块13包括电源14和电源控制器，电源控制器可以控制电源14的开关、电源输出的电压大小和电流的流向。从而可以控制第一铁芯线槽8和摩擦阻尼装置的输入电流的大小。
所述镗刀的刀头1固接在刀头连接块2的前端面上。
所述大质量块7和第一铁芯线槽8为一体式结构。
在镗杆空腔槽3-1中，磁流变弹性体6固连在镗杆空腔槽3-1的中间位置，大质量块7的形状为圆柱状，大质量块7和第一铁芯线槽8设计为一体的结构，并且固连磁流变弹性体6中心处，令中间的结构作为第二自由度，小质量块4两端分别通过悬臂梁5固连2个小质量块4使其构成三自由度结构。
具体实施方式二：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述磁流变弹性体6的形状为圆筒状，第一铁芯线槽8的外侧端与磁流变弹性体6的内侧壁固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
所述第一铁芯线槽8与磁流变弹性体6之间为粘接固接。依据磁流变弹性体通磁变刚度的特性，改变第二自由的刚度和阻尼从而调节振动。
具体实施方式三：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式多个第一铁芯线槽8分成沿大质量块7宽度方向对称设置的两组第一铁芯线槽8，每组第一铁芯线槽8中均包括六个沿圆周方向均布设置的第一铁芯线槽8，每个第一铁芯线槽8分别沿大质量块7的径向方向设置。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述小质量块4通过悬臂梁5悬空设置在镗杆空腔槽3-1的中部。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式所述小质量块4采用悬臂的结构设置在镗杆空腔槽3-1的中部。
具体实施方式五：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述磁流变弹性体6、大质量块7、悬臂梁5、小质量块4和摩擦阻尼装置均同轴设置。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述摩擦阻尼装置包括两个夹紧板16、多个挡板9和多个摩擦板11，夹紧板16的形状为一端敞口且另一端封闭的圆筒状，两个夹紧板16的敞口端相对设置套装在悬臂梁5上，夹紧板16敞口端的外圆周侧壁上对称固接有两个安装槽15，安装槽15内水平固接有第二铁芯线槽17，多个挡板9并列设置在两个夹紧板16的内部，挡板9的两端均固接有摩擦片10，每相邻两个挡板9之间均设有摩擦板11，挡板9和摩擦板11的中部均套装在悬臂梁5上。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
悬臂梁5上固连安装一个摩擦阻尼装置，摩擦板11和两个摩擦片10之间是微小的过盈配合，摩擦阻尼装置最外端有夹紧板16，夹紧板16在悬臂梁5上可以发生微小的滑移。夹紧板16敞口端的外侧固接第二铁芯线槽17，两个夹紧板16上的第二铁芯线槽17相对设置，第二铁芯线槽17通过导线12与控制模块13电连接。
具体实施方式七：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述悬臂梁5的端部垂直插装在夹紧板16封闭端端面的中部。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
所述夹紧板16和挡板9均可在悬臂梁5上小范围滑移。
具体实施方式八：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述夹紧板16封闭端的外侧设有弹性挡圈18，弹性挡圈18套装在悬臂梁5的侧壁上。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。
在夹紧板16的两端安装两个弹性挡圈18，起到夹紧板16固定的作用。
具体实施方式九：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述挡板9和摩擦板11的形状均为圆形。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式十：结合图1至图11说明本实施方式，本实施方式所述挡板9和摩擦板11的中部均开设有安装孔，且摩擦板11的安装孔的孔径大于悬臂梁5的外径。其它组成和连接方式与具体实施方式九相同。
如此设计摩擦板11的安装孔的孔径远远大于悬臂梁5的外径，为摩擦板11的滑动提供空间。
工作原理
如图11所示的减振原理图，其中K是刚度，C是阻尼，k1是二自由度的刚度，c1二自由度的阻尼，k2是三自由度的刚度，c2是三自由度的阻尼，镗杆变刚度的控制流程：
本发明的镗杆是三自由度减振镗杆，所以既可以改变二自由度也可以改变三自由度，二自由度是运用了一种智能材料磁流变弹性体(如由羰基铁粉、二甲基硅油、硅橡胶等材料混合制备的磁流变弹性体)，通过改变第一铁芯线槽8上的一圈圈导线中电流的大小，从而改变磁场的大小，磁场大小的改变会改变磁流变弹性体6的刚度和阻尼。由于磁流变弹性体6和大质量块7的一体结构作为支撑结构，当成第二自由度，所以就可以改变二自由度的刚度和阻尼。
在改变第二自由度的基础上，改变第三自由度，此结构的第三自由度上的悬臂梁5安装了摩擦阻尼装置，通过摩擦板11和摩擦片10的相对摩擦从而进行能量消耗，在摩擦阻尼装置的最外侧结构安装了夹紧板16，通过改变夹紧板16一端的第二铁芯线槽17的导线电流，可以令第二铁芯线槽17产生同性相吸异性相斥(原理)，给整个摩擦阻尼装置增加横向的力(Fn)，从而改变了摩擦力(f＝μ·Fn)，第三自由度的能量损耗也随之改变，实现第三自由度上进行阻尼控制进行更好的减振。此外摩擦板11与悬臂梁5之间会有冲击，也会起到能量损耗，也可以实现减振。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种内置磁流变弹性体减振镗杆，其特征在于：它包括刀头连接块(2)、杆身(3)、磁流变弹性体(6)、大质量块(7)、控制模块(13)、两个小质量块(4)、两个悬臂梁(5)和两个摩擦阻尼装置，杆身(3)前端面的中部开设有镗杆空腔槽(3-1)，刀头连接块(2)的后侧端插装固接在镗杆空腔槽(3-1)的槽口处，磁流变弹性体(6)垂直固接在镗杆空腔槽(3-1)长度方向上的中部，大质量块(7)垂直插装在磁流变弹性体(6)的中部，且大质量块(7)的外侧沿圆周方向固接有多个第一铁芯线槽(8)，大质量块(7)的两端分别垂直固接有悬臂梁(5)，悬臂梁(5)的外侧端垂直固接有小质量块(4)，悬臂梁(5)的中部固接有摩擦阻尼装置，第一铁芯线槽(8)和摩擦阻尼装置分别通过导线(12)与控制模块(13)电连接；
所述摩擦阻尼装置包括两个夹紧板(16)、多个挡板(9)和多个摩擦板(11)，夹紧板(16)的形状为一端敞口且另一端封闭的圆筒状，两个夹紧板(16)的敞口端相对设置套装在悬臂梁(5)上，夹紧板(16)敞口端的外圆周侧壁上对称固接有两个安装槽(15)，安装槽(15)内水平固接有第二铁芯线槽(17)，多个挡板(9)并列设置在两个夹紧板(16)的内部，挡板(9)的两端均固接有摩擦片(10)，每相邻两个挡板(9)之间均设有摩擦板(11)，挡板(9)和摩擦板(11)的中部均套装在悬臂梁(5)上。
2.根据权利要求1所述一种内置磁流变弹性体减振镗杆，其特征在于：所述磁流变弹性体(6)的形状为圆筒状，第一铁芯线槽(8)的外侧端与磁流变弹性体(6)的内侧壁固接。
3.根据权利要求2所述一种内置磁流变弹性体减振镗杆，其特征在于：多个第一铁芯线槽(8)分成沿大质量块(7)宽度方向对称设置的两组第一铁芯线槽(8)，每组第一铁芯线槽(8)中均包括六个沿圆周方向均布设置的第一铁芯线槽(8)，每个第一铁芯线槽(8)分别沿大质量块(7)的径向方向设置。
4.根据权利要求1所述一种内置磁流变弹性体减振镗杆，其特征在于：所述小质量块(4)通过悬臂梁(5)悬空设置在镗杆空腔槽(3-1)的中部。
5.根据权利要求4所述一种内置磁流变弹性体减振镗杆，其特征在于：所述磁流变弹性体(6)、大质量块(7)、悬臂梁(5)、小质量块(4)和摩擦阻尼装置均同轴设置。
6.根据权利要求1所述一种内置磁流变弹性体减振镗杆，其特征在于：所述悬臂梁(5)的端部垂直插装在夹紧板(16)封闭端端面的中部。
7.根据权利要求6所述一种内置磁流变弹性体减振镗杆，其特征在于：所述夹紧板(16)封闭端的外侧设有弹性挡圈(18)，弹性挡圈(18)套装在悬臂梁(5)的侧壁上。
8.根据权利要求1所述一种内置磁流变弹性体减振镗杆，其特征在于：所述挡板(9)和摩擦板(11)的形状均为圆形。
9.根据权利要求8所述一种内置磁流变弹性体减振镗杆，其特征在于：所述挡板(9)和摩擦板(11)的中部均开设有安装孔，且摩擦板(11)的安装孔的孔径大于悬臂梁(5)的外径。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 磁流变智能镗杆的动态特性测试与分析;孔天荣;梅德庆;陈子辰;;浙江大学学报(工学版);20091215(12);第1-5页 * |
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