【摘要】：本課題在國(guó)家自然科學(xué)基金：基于非線性動(dòng)力系統(tǒng)理論的功率超聲珩磨臨界型顫振基礎(chǔ)研究(50975265)的資助下，主要對(duì)功率超聲珩磨進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，基于顫振理論研究的基礎(chǔ)，通過對(duì)珩磨過程中動(dòng)態(tài)珩磨力的分析，建立單自由度線性功率超聲珩磨顫振模型。利用機(jī)床動(dòng)力學(xué)和非線性動(dòng)力學(xué)理論與方法，分別考慮基于非線性剛度和珩磨力非線性特性及綜合考慮這兩個(gè)非線性因素，建立相應(yīng)的珩磨顫振系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)模型及運(yùn)動(dòng)方程，分析功率超聲珩磨顫振系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)珩磨顫振進(jìn)行仿真分析研究，分析各珩磨參數(shù)對(duì)珩磨加工穩(wěn)定性的影響，揭示功率超聲珩磨顫振機(jī)理。本論文主要的研究工作和成果有： 1.簡(jiǎn)要闡述珩磨系統(tǒng)自激振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理和特點(diǎn)，分別對(duì)速度反饋、位移延時(shí)反饋以及模態(tài)耦合三種不同機(jī)制的珩磨顫振進(jìn)行建模和對(duì)其機(jī)理分析。 2.介紹了功率超聲振動(dòng)珩磨的工作原理，，建立了單自由度線性功率超聲珩磨顫振系統(tǒng)的模型，基于非線性動(dòng)力學(xué)，主要考慮非線性剛度與珩磨力非線性特性這兩個(gè)非線性因素,分別建立了非線性功率超聲珩磨顫振模型，再綜合考慮這兩個(gè)非線性因素建立非線性珩磨顫振模型并推出對(duì)應(yīng)的振動(dòng)方程。 3.分析功率超聲珩磨顫振線性和非線性模型，推出對(duì)應(yīng)的珩磨顫振穩(wěn)定性方程，求得穩(wěn)定性臨界珩磨寬度。分析方程得到基于非線性理論建立的珩磨顫振動(dòng)力學(xué)模型比線性珩磨顫振模型更具有優(yōu)勢(shì)來描述珩磨顫振。非線性顫振穩(wěn)定性方程可以預(yù)測(cè)珩磨顫振發(fā)生的臨界條件，并對(duì)珩磨顫振給出了一定的說明與解釋。 4.通過計(jì)算機(jī)模擬仿真出珩磨系統(tǒng)穩(wěn)定性臨界珩磨寬度隨主軸轉(zhuǎn)速變化的仿真圖，預(yù)測(cè)了穩(wěn)定性極限。用Matlab仿真分析影響珩磨穩(wěn)定性的主要因素，包括固有頻率、重疊系數(shù)、珩磨剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)對(duì)顫振穩(wěn)定域的影響，得到這些因素與臨界珩磨寬度最小值的關(guān)系，揭示功率超聲珩磨顫振機(jī)理； 建立基于Matlab/Simulink數(shù)值仿真平臺(tái)的仿真模型，將珩磨寬度取不同值，得到不同的珩磨顫振的時(shí)域圖，振動(dòng)系統(tǒng)存在明顯的發(fā)生顫振的臨界狀態(tài)，通過仿真解釋和預(yù)測(cè)發(fā)生珩磨顫振的臨界條件，顫振時(shí)振動(dòng)信號(hào)的幅值比正常珩磨狀態(tài)有明顯的增大； 最后對(duì)在進(jìn)行超聲珩磨加工時(shí)未發(fā)生顫振的缸套表面和發(fā)生過顫振的缸套表面用通過電子顯微鏡觀測(cè)缸套表面微觀形貌，并對(duì)二者進(jìn)行比較分析。
[Abstract]:Supported by the National Natural Science Foundation of China: the basic research on the critical type of power ultrasonic honing based on the theory of nonlinear dynamic system (50975265), this paper mainly analyzes the dynamics of power ultrasonic honing, based on the foundation of flutter theory. Based on the analysis of dynamic honing force in honing process, a single degree of freedom linear power ultrasonic honing flutter model is established. Based on the theory and method of machine tool dynamics and nonlinear dynamics, the motion model and motion equation of honing flutter system are established by considering the nonlinear characteristics of nonlinear stiffness and honing force and synthetically considering these two nonlinear factors. The stability of power ultrasonic honing flutter system is analyzed. The effect of honing parameters on the stability of honing machining is analyzed and the flutter mechanism of power ultrasonic honing is revealed. The main research work and results of this paper are as follows: 1. The mechanism and characteristics of self-excited vibration in honing system are briefly described. The honing flutter of velocity feedback, displacement delay feedback and modal coupling are modeled and analyzed. 2. The working principle of power ultrasonic vibration honing is introduced, and the model of single degree of freedom linear power ultrasonic honing system is established. Based on nonlinear dynamics, two nonlinear factors, nonlinear stiffness and nonlinear characteristics of honing force, are considered. The flutter model of nonlinear power ultrasonic honing is established, and the nonlinear honing flutter model is established by considering these two nonlinear factors and the corresponding vibration equation is deduced. The linear and nonlinear models of power ultrasonic honing are analyzed, the corresponding honing flutter stability equations are derived, and the critical honing width is obtained. The results show that the honing flutter dynamic model based on nonlinear theory has more advantages than linear honing flutter model to describe honing flutter. The nonlinear flutter stability equation can predict the critical condition of honing flutter, and the explanation of honing flutter is given. The stability limit of honing system is predicted by computer simulation, which shows that the critical honing width of honing system varies with spindle speed. The main factors affecting honing stability, including natural frequency, overlap coefficient, honing stiffness coefficient and damping coefficient, are analyzed by Matlab simulation. The relationship between these factors and the minimum critical honing width is obtained. The flutter mechanism of power ultrasonic honing is revealed, the simulation model based on Matlab/Simulink numerical simulation platform is established, the honing width is taken as different values, and the time domain diagram of different honing chatter is obtained. The vibration system has obvious critical state of flutter. The amplitude of vibration signal in vibration system is obviously larger than that in normal honing state through simulation interpretation and prediction of the critical condition of honing chatter. Finally, the surface of cylinder liner without chatter and the surface of cylinder liner with over-flutter were observed by electron microscope during ultrasonic honing, and the two surfaces were compared and analyzed.
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TG663;TH113.1

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本文編號(hào)：2144636