CN203926578U - 一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器 - Google Patents

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徐文娟
任众
李广录
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一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器。本实用新型属于一种阻尼器,具体涉及一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器。本实用新型为解决现有高速切削加工时,铣刀切削材料时引起的系统模态参数的改变,导致切削系统产生振动的问题。一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器包括下导磁体、线圈、套筒、磁流变弹性体、上导磁体、上盖和外壳,下导磁体固接在机床的夹具基座上,线圈缠绕在下导磁体的凸起上,套筒套装在线圈的外侧且设置在下导磁体的上表面,磁流变弹性体套装在线圈的外侧且设置在套筒的上端,上导磁体设置在磁流变弹性体的上方,上盖固接在上导磁体的上表面,上盖上端的中部位置设有连接凸起。本实用新型用于振动抑制。

Description

一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器
技术领域
本实用新型涉及一种阻尼器,具体涉及一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器。
背景技术
高温合金材料在高速切削时切削性能极差,整体叶轮结构复杂、空间狭小,叶片薄、弯扭大、易变形,加工过程中的切削力易引起切削过程的不稳定性,叶片受到切削力后会产生颤振并出现严重的“让刀”现象,从而产生振动(主要为颤振),这种振动往往难以抑制。因此切削振动问题在高温合金叶轮多轴铣削加工过程中尤为突出,严重影响叶轮表面质量,降低铣削中心主轴和刀具寿命,从而使得加工效率难以提高,有时会对整个加工系统造成不良影响,甚至带来潜在的服役安全隐患,整体叶轮实际加工生产中通常选择合理的切削参数来寻找切削稳定域,但是准确预测切削稳定域并确定合适的切削加工参数这一方法,加工效率很低,加工费用昂贵,制造周期漫长,在短期内都是很难做到的。
铣削加工振动控制方式分为两类:其一为切削参数在线调整控制法,其二为振动控制法。而振动控制法根据控制执行装置性质的不同分为主动控制方法、被动控制方法和半主动控制方法。主动控制具有极强的适应性和调节性,可实现高水平的振动控制。但由于其对较大能源的要求以及造价高(驱动系统一般为液压驱动系统,复杂且造价高)、加工工艺复杂、设备的维修费用高、可靠性和稳定性差等方面的问题,其应用仍受到限制。被动控制的吸振器参数与机床的工艺状态相关性强,应用受到了极大的限制。近年来,一些学者把磁流变弹性体引入到振动抑制的方法中来,并取得了很好的效果,实现颤振抑制成为可能。
磁流变弹性体作为一种新型的磁流变材料,由微米级的磁性颗粒及高分子聚合物载体(一般是橡胶)组成,由于液体橡胶和铁磁性颗粒混合体在外加磁场的作用下固化,混合物中的铁磁性颗粒在磁致效应下形成链状结构。由于磁流变弹性体同时具有弹性体和磁流变材料的一些特点,如响应速度快(ms量级),可逆性好,刚度可控等,又克服了磁流变液密封与沉降性等缺点,因而磁流变弹性体及其应用已经成为一个研究的热点。磁流变弹性体在机械加工、精密制造、汽车和飞机等振动的控制、降噪等方面都有很好的应用前景,磁流变弹性体的使用可以简化某些机械结构,实现一些特殊功能。
就目前研究情况看,在短期内实现高温合金叶轮稳定域准确预测及加工参数优化等的目标难以实现,因而开发快速、准确、通用性强的颤振监视与控制系统是现代高精度生产的迫切需要,如果能够实现对整体叶轮在加工过程中的模态参数进行动态补偿,就能够在一定程度上抑制加工颤振,从而提高机床的加工精度与产品质量。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有高速切削加工时,铣刀切削材料时引起的系统模态参数的改变,导致切削系统产生振动的问题,进而提出一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器。
本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是:本实用新型包括下导磁体、线圈、套筒、磁流变弹性体、上导磁体、上盖和外壳,下导磁体固接在机床的夹具基座上,下导磁体上端的中部位置设有凸起,线圈缠绕在下导磁体的凸起上,套筒套装在线圈的外侧且设置在下导磁体的上表面,磁流变弹性体套装在线圈的外侧且设置在套筒的上端,上导磁体设置在磁流变弹性体的上方,上导磁体下端的中部位置设有凹槽,下导磁体上凸起的上端和线圈的上端均设置在上导磁体上的凹槽内,上导磁体上凹槽的凹面与下导磁体上凸起的上表面之间设有间隙,上盖固接在上导磁体的上表面,上盖上端的中部位置设有连接凸起,连接凸起的上端与被控对象连接,外壳的中间位置设有通孔,上盖的连接凸起穿过外壳的通孔,外壳套装在上盖、上导磁体、磁流变弹性体、套筒和下导磁体的外侧,外壳下端的边缘与下导磁体下端的边缘固接。
本实用新型与现有技术相比包含的有益效果是:本实用新型基于磁流变弹性体材料,利用磁流变弹性体材料在磁场的作用变化下来改变磁流变弹性体材料的刚度和阻尼系数,实现对航空发动机整体叶轮在多轴高速切削时产生的颤振起到抑制的作用。对整体叶轮的切削振动实现有效的控制,抑制加工过程中的振动,扩展高速切削加工的稳定性,结构简单,安装调整控制方便,整体叶轮的加工效率提高了75%以上,加工精度在原有的基础上提高了两个精度等级,降低加工成本,避免主动振动抑制装置较大能源的要求以及造价高、加工工艺复杂、设备的维修费用高等方面的问题,同时磁流变弹性体阻尼器能够实现多个模态的目标抑制,性能稳定,克服被动控制局限性等的缺点。
附图说明
图1是本实用新型整体结构的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器包括下导磁体1、线圈2、套筒3、磁流变弹性体4、上导磁体5、上盖6和外壳7,下导磁体1固接在机床的夹具基座上,下导磁体1上端的中部位置设有凸起1-1,线圈2缠绕在下导磁体1的凸起1-1上,套筒3套装在线圈2的外侧且设置在下导磁体1的上表面,磁流变弹性体4套装在线圈2的外侧且设置在套筒3的上端,上导磁体5设置在磁流变弹性体4的上方,上导磁体5下端的中部位置设有凹槽5-1,下导磁体1上凸起1-1的上端和线圈2的上端均设置在上导磁体5上的凹槽5-1内,上导磁体5上凹槽5-1的凹面与下导磁体1上凸起1-1的上表面之间设有间隙8,上盖6固接在上导磁体5的上表面,上盖6上端的中部位置设有连接凸起6-1,连接凸起6-1的上端与被控对象连接,外壳7的中间位置设有通孔7-1,上盖6的连接凸起6-1穿过外壳7的通孔7-1,外壳7套装在上盖6、上导磁体5、磁流变弹性体4、套筒3和下导磁体1的外侧,外壳7下端的边缘与下导磁体1下端的边缘固接。
如此设计磁流变弹性体4在磁场下制备磁流变弹性体,把液态弹性体基体和铁磁性颗粒进行均匀搅拌,在成链固化时,把混合液放到磁场内,混合液中的铁磁性颗粒在磁流变效应作用下相互运动并产生有序结构。在使用时,铣刀对整体叶轮的叶片进行铣削加工,切削时产生的振动传导到上盖6上,励磁线圈配套电路向线圈2供电,通过改变供电电流,来调节磁场使磁流变弹性体4的刚度、阻尼系数发生变化,从而达到其弹性、剪切模量和损耗因子的可控,进而改变整体叶轮加工的模态参数,抑制振动的产生。
具体实施方式二:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述间隙8的大小为1mm~2mm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述下导磁体1与机床夹具基座的固接方式为螺栓连接,外壳7下端边缘与下导磁体1下端边缘的固接方式为螺栓连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述下导磁体1是软磁性材料制作的下导磁体1,套筒3是软磁性材料制作的套筒3,上导磁体5是软磁性材料制作的上导磁体5。其它组成和连接方式与具体实施方式一或三相同。如此设计使励磁线圈2产生的磁场聚集在导磁套筒3、上导磁体5和下导磁体1构成的闭合磁场区域内。
工作原理
针对整体叶轮高速切削时模态参数变化的特点,依据磁流变弹性体的优良特性,将磁流变弹性体阻尼器安装在高速切削机床上,通过改变控制电流来调节磁场的变化,进而改变磁流变弹性体的刚度,使产生的阻尼力发生变化,进而改变整体叶轮切削加工时的模态参数,对产生的颤振进行随动控制。
在线圈中通入直流电流后,由于电磁感应效应,线圈周围将产生磁场,且磁极位于线圈两端,可由右手定则判定,同时,在该磁流变弹性体阻尼器中,将产生闭合磁路。而阻尼器中的磁流变弹性体受到磁场的作用,由于磁致效应其材料本身的刚度将产生变化,从而达到抑制振动的作用。磁流变阻尼器产生阻尼力的大小与施加在磁流变弹性体上的磁场强度有关,而施加在磁流变弹性体上的磁场强度与通入线圈的直流电流大小有关,因而可以利用通入线圈中的电流来控制磁流变阻尼器的刚度。而当断开电源后,线圈中失去电流,原本存在于线圈周围的磁场也会随即消失,由于磁流变弹性体的可逆性,该款磁流变阻尼器的刚度迅速恢复到初始状态。
此外,由于磁流变弹性体4因配制比例、固化环境、颗粒和基体等因素都会影响磁流变弹性体最终的性能,故本实用新型采用的磁流变弹性体为在磁场下制备,其中的铁磁性颗粒以有序的链状结构分布在弹性体基体中,能产生需要的磁流变效应。

Claims (4)

1.一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器,其特征在于:所述一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器包括下导磁体(1)、线圈(2)、套筒(3)、磁流变弹性体(4)、上导磁体(5)、上盖(6)和外壳(7),下导磁体(1)固接在机床的夹具基座上,下导磁体(1)上端的中部位置设有凸起(1-1),线圈(2)缠绕在下导磁体(1)的凸起(1-1)上,套筒(3)套装在线圈(2)的外侧且设置在下导磁体(1)的上表面,磁流变弹性体(4)套装在线圈(2)的外侧且设置在套筒(3)的上端,上导磁体(5)设置在磁流变弹性体(4)的上方,上导磁体(5)下端的中部位置设有凹槽(5-1),下导磁体(1)上凸起(1-1)的上端和线圈(2)的上端均设置在上导磁体(5)上的凹槽(5-1)内,上导磁体(5)上凹槽(5-1)的凹面与下导磁体(1)上凸起(1-1)的上表面之间设有间隙(8),上盖(6)固接在上导磁体(5)的上表面,上盖(6)上端的中部位置设有连接凸起(6-1),连接凸起(6-1)的上端与被控对象连接,外壳(7)的中间位置设有通孔(7-1),上盖(6)的连接凸起(6-1)穿过外壳(7)的通孔(7-1),外壳(7)套装在上盖(6)、上导磁体(5)、磁流变弹性体(4)、套筒(3)和下导磁体(1)的外侧,外壳(7)下端的边缘与下导磁体(1)下端的边缘固接。
2.根据权利要求1所述一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器,其特征在于:所述间隙(8)的大小为1mm~2mm。
3.根据权利要求1所述一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器,其特征在于:所述下导磁体(1)与机床夹具基座的固接方式为螺栓连接,外壳(7)下端边缘与下导磁体(1)下端边缘的固接方式为螺栓连接。
4.根据权利要求1或3所述一种基于挤压模式的磁流变弹性体阻尼器,其特征在于:所述下导磁体(1)是软磁性材料制作的下导磁体(1),套筒(3)是软磁性材料制作的套筒(3),上导磁体(5)是软磁性材料制作的上导磁体(5)。
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