發(fā)布時(shí)間：2017-04-19 10:20

  本文關(guān)鍵詞：質(zhì)量—彈簧—帶自激振動系統(tǒng)的摩擦振動動力學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：摩擦引起的振動現(xiàn)象廣泛存在于工程領(lǐng)域和日常生活中,并且以多種方式影響著機(jī)械系統(tǒng)的性能。摩擦引起的振動問題通常會引起機(jī)械零部件的磨損,從而降低被加工件的精度和質(zhì)量,還會降低控制系統(tǒng)的精度。摩擦和振動在低速時(shí)相互作用更為明顯,表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性,對系統(tǒng)動力學(xué)影響很嚴(yán)重,會極大地降低系統(tǒng)的性能。因而,對摩擦建模以及摩擦引起的振動現(xiàn)象的研究變得越來越重要。雖然考慮摩擦的機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)研究已經(jīng)有很長的歷史,但是截止目前為止,摩擦自激振動等非光滑動力學(xué)機(jī)理還未被深入認(rèn)識,關(guān)于自激振動的理論研究缺乏系統(tǒng)性,沒有得出一定的具有系統(tǒng)性的規(guī)律。因此,本文以典型的機(jī)床切削系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)為研究對象,對機(jī)械系統(tǒng)中存在的摩擦引起的自激振動現(xiàn)象的動力學(xué)特性和其分岔控制進(jìn)行了深入的研究。 本文對現(xiàn)有的摩擦理論、工程中常用的摩擦模型、摩擦系統(tǒng)動力學(xué)、振動分岔控制及系統(tǒng)的補(bǔ)償方法以及機(jī)床切削的摩擦性顫振等的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和綜述。 首先,分析了含有Stribeck摩擦模型的質(zhì)體-彈簧-帶自激振動系統(tǒng)的動力學(xué)行為。在對摩擦動力系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,建立了含有Stribeck摩擦模型的具有代表性的質(zhì)體-彈簧-帶自激振動系統(tǒng)非線性動力學(xué)模型；對建立的質(zhì)體-彈簧-帶摩擦自激振動系統(tǒng)模型,利用Lyapunov一次近似穩(wěn)定性判據(jù)對系統(tǒng)的平衡點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,確定了系統(tǒng)的臨界失穩(wěn)速度,并通過求得的極限環(huán)曲率系數(shù)確定了極限環(huán)的穩(wěn)定性；然后利用平均法解析方法求得自激振動動力學(xué)模型的近似解析解和粘滑-純滑動的臨界速度：接著,利用數(shù)值仿真方法分析了摩擦自激振動系統(tǒng)在不同參數(shù)下的系統(tǒng)行為,通過相圖、頻譜圖、時(shí)域圖和Poincare截面圖等動力學(xué)分析方法對自激振動系統(tǒng)的復(fù)雜現(xiàn)象進(jìn)行分析；最后,得到了不同參數(shù)下的系統(tǒng)分岔與混沌特性。 其次,分析了LuGre摩擦模型的質(zhì)體-彈簧-帶自激振動系統(tǒng)的動力學(xué)行為。把摩擦模型替換成LuGre摩擦模型,以進(jìn)一步研究摩擦自激振動系統(tǒng)的動力學(xué)模型；首先,利用穩(wěn)定性理論對系統(tǒng)的平衡點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析；然后利用Varderpol方法求得摩擦自激振動非線性動力學(xué)模型的一個(gè)速度臨界值；接著,利用數(shù)值仿真分析了摩擦自激振動系統(tǒng)在不同參數(shù)下的系統(tǒng)行為,通過利用相圖、頻譜圖、時(shí)域圖和Poincare截面圖等分析手段對自激振動系統(tǒng)的非線性動力學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行分析。 然后,研究了質(zhì)體-彈簧-帶摩擦自激振動系統(tǒng)在外界激勵作用下的動力學(xué)特性。通過理論方法研究發(fā)現(xiàn),在一定高頻激勵的作用下,系統(tǒng)的粘滑現(xiàn)象會消失。此外,為了研究系統(tǒng)在外界簡諧激勵作用下的動力學(xué)行為,研究了系統(tǒng)在不同阻尼和激勵頻率的系統(tǒng)動力學(xué)行為,并且運(yùn)用分岔理論得到了位移振幅關(guān)于激勵振幅和激勵頻率的圖形。最后,分析了不同參數(shù)下的分岔特性。 針對研究得到的摩擦自激振動系統(tǒng)的非線性特點(diǎn),提出Washout濾波器方法對摩擦產(chǎn)生的自激振動進(jìn)行分岔控制。研究了如何利用Washout濾波器技術(shù)控制系統(tǒng)出現(xiàn)的Hopf分岔現(xiàn)象。根據(jù)建立的系統(tǒng)研究得到的Hopf分岔點(diǎn)來進(jìn)行選擇相應(yīng)控制點(diǎn),按Hopf分岔要求確定Washout濾波器的線性增益系數(shù)以及非線性增益系數(shù),從而將系統(tǒng)的亞臨界Hopf分岔變?yōu)槌R界Hopf分岔,從而使得受控系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦振動幅值大為降低。最后,通過數(shù)值仿真來驗(yàn)證了Washout濾波器控制方法是有效的。 最后,對機(jī)床的切削顫振進(jìn)行了理論研究和數(shù)值仿真,驗(yàn)證了上面章節(jié)推導(dǎo)的摩擦自激振動系統(tǒng)的理論和仿真結(jié)論。通過對切削過程中切削力變化狀況進(jìn)行分析,建立了多自由度非線性系統(tǒng)的切削顫振模型,這個(gè)模型包含工件子系統(tǒng)和刀具子系統(tǒng)；然后利用理論力學(xué)和機(jī)械動力學(xué)理論,建立了整個(gè)系統(tǒng)的振動方程。最后,基于Poincare映射和分岔理論,得到了系統(tǒng)隨進(jìn)給速度變化時(shí)的全局分岔圖；運(yùn)用MATLAB軟件得到了機(jī)械系統(tǒng)在1：1內(nèi)共振、1：2內(nèi)和1：3共振時(shí)的數(shù)值仿真結(jié)果。 本文的研究工作對摩擦自激振動系統(tǒng)的動力學(xué)特性研究等方面具有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：摩擦模型 解析分析 自激振動 Washout控制 內(nèi)共振
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH117.1;TH113.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 緒論14-28
• 1.1 課題的研究意義14-15
• 1.2 自激振動的發(fā)展現(xiàn)狀15-26
• 1.2.1 摩擦理論15
• 1.2.2 摩擦模型15-21
• 1.2.3 摩擦振動動力學(xué)研究21-24
• 1.2.4 摩擦系統(tǒng)補(bǔ)償方法24-25
• 1.2.5 機(jī)床切削顫振25-26
• 1.3 主要研究內(nèi)容26-28
• 第2章 基于Stribeck摩擦模型的自激系統(tǒng)分析28-56
• 2.1 摩擦自激振動系統(tǒng)模型建立28-30
• 2.2 摩擦系統(tǒng)運(yùn)動穩(wěn)定性分析30-33
• 2.3 摩擦系統(tǒng)的解析法分析33-37
• 2.4 不同仿真參數(shù)的摩擦系統(tǒng)數(shù)值仿真37-51
• 2.4.1 不同進(jìn)給速度的系統(tǒng)數(shù)值仿真37-40
• 2.4.2 不同阻尼系數(shù)的系統(tǒng)數(shù)值仿真40-42
• 2.4.3 不同傳動剛度的系統(tǒng)數(shù)值仿真42-44
• 2.4.4 不同靜動摩擦系數(shù)差異的系統(tǒng)數(shù)值仿真44-46
• 2.4.5 不同法向力的系統(tǒng)數(shù)值仿真46-51
• 2.5 系統(tǒng)振動方程的分岔與混沌分析51-54
• 2.5.1 非線性分岔的概念51-52
• 2.5.2 系統(tǒng)方程的分岔數(shù)值仿真52-54
• 2.5.3 系統(tǒng)動力學(xué)方程的分岔分析54
• 2.6 本章小結(jié)54-56
• 第3章 基于LuGre摩擦模型的自激系統(tǒng)分析56-64
• 3.1 LuGre摩擦模型56-57
• 3.2 摩擦自激振動系統(tǒng)的解析分析57-60
• 3.2.1 摩擦自激振動系統(tǒng)的建模57
• 3.2.2 LuGre摩擦力穩(wěn)定性分析57-58
• 3.2.3 摩擦系統(tǒng)穩(wěn)定性分析58-60
• 3.3 摩擦系統(tǒng)的數(shù)值仿真分析60-63
• 3.4 本章小結(jié)63-64
• 第4章 摩擦自激振動系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動分析64-78
• 4.1 系統(tǒng)強(qiáng)迫振動解析解分析64-69
• 4.1.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立64-65
• 4.1.2 系統(tǒng)強(qiáng)迫振動解析解分析65-69
• 4.2 系統(tǒng)數(shù)值仿真69-72
• 4.3 系統(tǒng)分岔與混沌分析72-77
• 4.4 本章小結(jié)77-78
• 第5章 摩擦自激振動系統(tǒng)的分岔控制78-84
• 5.1 Washout濾波器方法簡介78-79
• 5.2 Washout控制器設(shè)計(jì)及仿真79-83
• 5.2.1 系統(tǒng)亞臨界Hopf分叉點(diǎn)求解79
• 5.2.2 Washout控制器設(shè)計(jì)79-80
• 5.2.3 受控系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析80-82
• 5.2.4 受控系統(tǒng)的數(shù)值仿真分析82-83
• 5.3 本章小結(jié)83-84
• 第6章 切削顫振系統(tǒng)的動力學(xué)分析84-98
• 6.1 切削顫振系統(tǒng)動力學(xué)模型的建立84-87
• 6.2 主共振時(shí)系統(tǒng)的動力學(xué)分析87-90
• 6.3 主共振系統(tǒng)的動力學(xué)分析90-97
• 6.3.1 1：2內(nèi)共振系統(tǒng)仿真分析90-94
• 6.3.2 1：3內(nèi)共振系統(tǒng)仿真分析94-97
• 6.4 本章小結(jié)97-98
• 第7章 結(jié)論與展望98-100
• 7.1 結(jié)論98-99
• 7.2 展望99-100
• 參考文獻(xiàn)100-104
• 致謝104-106
• 附錄：發(fā)表論文與參與項(xiàng)目情況106

【相似文獻(xiàn)】

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1 楊憲武;左曙光;雷鐳;吳旭東;李勇;;輪胎自激振動分岔參數(shù)影響分析[J];振動與沖擊;2012年02期

2 余承業(yè);切削金屬時(shí)消除自激振動的新方法[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);1957年01期

3 程高楣;;關(guān)于切削加工時(shí)自激振動產(chǎn)生的基本理論[J];太原工學(xué)院學(xué)報(bào);1957年01期

4 慔明;齒，

本文編號：316082