金属带锯条锯切过程非线性振动动力学特性与抑制方法研究

批准号:
51375129
项目类别:
面上项目
资助金额:
84.0 万元
负责人:
倪敬
依托单位:
学科分类:
E0503.机械动力学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈国金、吴参、许明、陈慧鹏、王万强、蒙臻、夏照宁、汤海天
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中文摘要
本申请提出一种集机构设计、动力学分析、振动抑制、混合仿真建模和实验验证于一体的带锯条非线性振动动力学特性和振动抑制研究新思路:引入绝对节点坐标法、阀控缸张紧机构的非线性动特性理论、带锯条扭转约束形变理论、弹性力学哈密尔顿原理和振动解的多尺度分析原理,研究空载情况带锯条振动动力学特性;引入光滑粒子动力学分析理论、多锯齿负载的叠加耦合原理,锯痕及锯缝形成的正逆向建模原理和基于薄锯刃应力分布的磨损建模原理,研究金属带锯条上锯齿与工件间锯切耦合负载的动力学特性;引入带锯条上锯齿空间运动轨迹的投影展开原理,颤振发生与锯切负载瞬变的相伴性原理,研究负载情况带锯条振动动力学特性;引入带锯条主振模态预测、锯切负载辨识、恒功率化锯切负载的间接式振动抑制原理和衰减主振模态的直接式振动抑制原理,研究带锯条振动抑制方法。本项目研究紧密结合带锯行业的瓶颈性基础研究问题,具有较好的理论研究价值和工程实际应用意义。
英文摘要
In this project, based on mechanical design, dynamics analysis, vibration suppression, hybrid simulation modeling and experiments, a new research thinking for nonlinear vibration dynamics and vibration suppression in bandsaw is proposed.Firstly, bandsaw vibration dynamics without load is educed by introducing absolute nodal coordinate formulation, nonlinear dynamics of tensioning mechanism with valve and cylinder, torsion restraints deformation of the bandsaw, Hamilton principle and multi-scale analysis for oscillatory solutions.Secondly, sawing load dynamics between sawteeth and workpieces is studied by introducing smooth particle hydrodynamics method, mechanism of sawing load with multi-teeth, forward and reverse modeling for saw traces and kerfs formation, wear modeling based on stress distribution of bandsaw blade.Thirdly, vibration dynamics of bandsaw with load is researched by introducing projection expansion of sawteeth space motion trajectory, relationship between bandsaw flutter and transient sawing load.Finally, the method of bandsaw vibration suppression is addressed by introducing main vibration mode prediction of bandsaw, sawing load identification, indirectly vibration suppression with balancing sawing load and directly vibration suppression by restraining main vibration modes.Concerning the "bottleneck" of basic research problem in bandsaw, the proposed project has preferable theoretic signification and engineering foreground.
本项目研究紧密结合带锯行业的瓶颈性基础研究问题,具有较好的理论研究价值和工程实际应用意义。.首先,针对现有金属带锯的锯切负载模型存在误差较大和无法预测动态特性等问题,将锯切负载特性分为稳态特性和动态特性进行研究,引入锯齿的锯削与刮削并存原理和斜锯齿等效原理,提出等齿距工况下单个锯齿的锯切负载稳态特性模型;引入锯切进给过程的微位移等效原理,优化锯切负载的锯削部分负载动特性;引入套齿周期特性和锯带传动的周期特性,建立了变齿距工况下单锯齿锯切负载的动特性模型;实验结果表明,单齿、套齿以及锯带传动的周期特性与实验结果吻合。.其次,在分析锯痕产生机理、锯齿的磨损和降载机理的基础上,采用偏心轴带动“几”字形机构和带轮增频机构,研制了工件微激振的振动锯切装置,实验结果表明,在激振工况振幅1.0mm,频率100Hz下,振动规锯切工况下的锯切平均负载较常规锯切工况降低了32.9%,锯切负载的幅值也得到了相应的降低。.然后,基于昆虫啃食过程唾液润滑增效作用的分析,开展了金属带锯仿生微量润滑锯切研究,搭建了带锯条锯齿的超声水雾直喷式润滑系统,进行了干切削、冲刷和超声雾化作用下锯切对比试验;试验结果表明:超声水雾作用下锯切主切削力Fx的均值最小,为干切削作用Fx均值的53%,冲刷作用Fx均值的31%,且切削液消耗量更小,仅为冲刷作用消耗量的10%。.最后,基于锯齿表面形貌能够抑制锯切过程中带锯条的横向振动的发现,开展了相关的织构抑振实验,结果表明:织构带锯条与普通带锯条相比,其横向负载时域特性中均方根误差降低了38.22%~48.42%,频域特性中高频段300~400Hz 之间信号峰值得到了降低,而且深径比为0.01 的表面织构对带锯条横向振动的抑制效果最好。.项目研究成果为锯切技术提供了一种新的研究思路,共计发表学术论文14篇,其中SCI收录6篇,获得省部级科技进步奖2项,授权发明专利10项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2016
期刊:杭州电子科技大学学报
影响因子:--
作者:倪敬;李璐;郎建荣
通讯作者:郎建荣
Modeling and analysis of cutting force in vibration-assisted broaching (VAB)
振动辅助拉削 (VAB) 切削力的建模和分析
DOI:10.1007/s00170-016-9945-x
发表时间:2017-07-01
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY
影响因子:3.4
作者:Meng, Zhen;Wu, Chuanyu;Wu, Zhangwei
通讯作者:Wu, Zhangwei
Investigation on broaching performance and unloading mechanism of micro-textured broach
微织构拉刀拉削性能及卸荷机构研究
DOI:10.1007/s00170-016-8388-8
发表时间:2016
期刊:International Journal of Advanced Manufacturing Technology
影响因子:3.4
作者:ni jing;li bin;xu jing
通讯作者:xu jing
DOI:10.21595/jve.2016.16589
发表时间:2016-05-01
期刊:JOURNAL OF VIBROENGINEERING
影响因子:1
作者:Meng, Zhen;Wu, Chuan-yu;Ni, Jing
通讯作者:Ni, Jing
DOI:--
发表时间:2018
期刊:中 国 机 械 工 程
影响因子:--
作者:倪敬;陈烨波;蒙臻;冯国栋;许静
通讯作者:许静
超纯材料车削加工表面污染机理和抑制方法研究
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:倪敬
- 依托单位:
涡轮盘刀具表面跨尺度微结构精密加工关键技术基础研究
- 批准号:52175395
- 项目类别:--
- 资助金额:260万元
- 批准年份:2021
- 负责人:倪敬
- 依托单位:
切削液向刀-工-屑跨尺度狭缝渗流动特性与作用机理研究
- 批准号:51775153
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:倪敬
- 依托单位:
电液协同驱动模式与驱动精度的相关性理论研究
- 批准号:50805041
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:16.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:倪敬
- 依托单位:
国内基金
海外基金
