一种主动式自适应变刚度减振器和减振镗杆制造技术

一种主动式自适应变刚度减振器和减振镗杆，属于机械加工领域。本发明专利技术是为了解决现有的主动式减振器对镗杆的振动频率感知差、镗杆减振效果不好的问题。本发明专利技术包括发电单元、减振

【技术实现步骤摘要】
一种主动式自适应变刚度减振器和减振镗杆


[0001]本专利技术属于机械加工领域，尤其涉及一种主动式自适应变刚度减振器和减振镗杆。

技术介绍

[0002]孔加工是机械加工领域的重要组成部分，据统计，其占比可以达到总量的三成左右，而深孔加工则是占据其中至少一半的份额。深孔加工类型特殊，不容易加工，在航空航天、能源动力等领域都有大量应用，如发动机缸体、起落架和炮管等，这些产品的整体性能直接受内孔加工的影响。由于深孔零件的特殊结构，加工时一般需要大长径比的镗杆，而大长径比镗杆的刚性较弱，更容易发生振动。当外载荷与镗杆固有频率相同时，会使振动加剧，甚至产生颤振。而镗削加工多为精加工或半精加工，振动会使得工件加工质量降低，加剧刀具磨损，造成损失，影响效率。
[0003]为了减小镗削加工过程中的振动，已经发展出三种振动控制方式，分别为被动式减振控制、主动式振动控制与半主动式振动控制。1、被动式控制优点在于外部不需要附加新的结构，所以结构较为简单且工作时不易发生故障。但其控制效果差，可调节性不强，应用场景具有局限性。2、半主动控制是通过外部能量或者结构反应，输入少量能量控制结构中的刚度或阻尼等参数来减少结构的反应。近几年磁流变材料、电流变材料和磁致伸缩材料等应用在半主动控制中。此类半主动控制的优点可对外部对吸振器的基本参数进行调节，可随着工作状态自适应调节。但监测与控制系统结构复杂与控制精度问题制约着该方式的实用性。3、主动式控制根据反馈机理，通过监测镗杆的工作状态并形成闭环系统，再反馈到镗杆中，从而实现镗杆减振，是三种振动方式中减振效果最好的。但振动状态感知、振动状态监测与各器件供电问题使得该实现方式更加困难。
[0004]虽然现有的主动式减振镗杆中设计有自主供电和具有自主调节减振参数的镗杆，例如中国专利“CN108941639B”公开的“一种组合式智能自供电减振镗杆”，其具体公开了用于感知镗杆振动频率的第三压电陶瓷片和小质量块、用于发电的第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片、用于调节吸振器频率的电流变液和大质量块以及用于控制的控制器；但是此专利存在以下问题：一是，用于感知镗杆振动频率的第三压电陶瓷片和小质量块直接安装在镗杆的前端，其对镗杆振动的感知并不明显，无法准确测量出镗杆真正的振动频率，对减振单元的调节就不够准确。二是，用于调节吸振器频率的电流变液由于存在屈服应力偏低、流变效率偏低、易沉降、易板结等问题，且液体状态的电流变液的使用需要密封，在镗杆长期加工使用过程中，镗杆的振动极有可能会导致电流变液出现漏液的现象；以上缺点，一方面会影响电路产生漏电现象；另一方面电流变液的减少、沉降及板结会影响吸振器振动频率的调节，因此应用于镗杆减振的效果就不好。三是大质量块以及小质量块分别置于压电陶瓷片内，会抑制质量块的振幅，从而影响吸振器振动频率的感知与调节，即无法更好的吸收振动的能量，导致镗杆减振效果不好。综上，该结构及选用的材料对于镗削加工环境的适用性及实用性均较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述技术问题提供一种主动式自适应智能减振镗杆；具体通过减振
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感知单元主动产生振动和感知镗杆振动的固有频率，通过发电单元实现镗杆的自主发电，并通过控制器控制减振
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感知单元的振动频率，当减振
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感知单元的振动频率与镗杆振动的固有频率相等时，实现镗杆的减振。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案是：
[0007]一种主动式自适应变刚度减振器，它包括发电单元、减振
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感知单元和控制器；所述的发电单元包括一个环形压电陶瓷片，所述的环形压电陶瓷片与控制器电连接，实现电能的存储；
[0008]所述的减振
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感知单元包括电磁铁组件、薄硅钢片、磁流变弹性体、感知元件、两片厚硅钢片和质量块；所述的电磁铁组件同轴插装在环形压电陶瓷片内，并与环形压电陶瓷片共同组装成发电单元；所述的电磁铁组件与控制器电连接；两片所述的厚硅钢片将依次设置的磁流变弹性体、薄硅钢片和感知元件夹持住；其中一片厚硅钢片连接在电磁铁组件上，另一片厚硅钢片连接在质量块上；所述的薄硅钢片和两片厚硅钢片分别与控制器电连接；所述的薄硅钢片、磁流变弹性体与两片厚硅钢片构成变刚度弹性体，变刚度弹性体与电磁铁组件和质量块共同构成变刚度减振器，用以减小加工工具的振动；所述的薄硅钢片、感知元件与两片厚硅钢片构成振动感知传感器，用于感知加工工具振动的固有频率。
[0009]进一步的，所述的感知元件为导电橡胶垫片或者石墨基弹性体垫片。
[0010]进一步的，所述的电磁铁组件包括线圈轮毂和铜线圈；所述线圈轮毂的外圆面上开有同轴的环形凹槽，所述的铜线圈缠绕在线圈轮毂的环形凹槽内。
[0011]进一步的，所述的线圈轮毂朝向质量块的一侧端面开有第一圆形凹槽，所述的其中一片厚硅钢片插装在线圈轮毂的第一圆形凹槽内，并与第一圆形凹槽过盈配合；所述的质量块朝向线圈轮毂的一侧端面开有第二圆形凹槽；所述的另一片厚硅钢片插装在质量块的第二圆形凹槽内，并与第二圆形凹槽过盈配合。
[0012]进一步的，所述的控制器包括存储模块、自供电模块、电压采集处理模块、报警模块和电池；所述存储模块的数据接收端与电压采集处理模块的数据输出端连接，所述自供电模块的数据接收端与电压采集处理模块的数据输出端连接，所述电压采集处理模块的数据输出端与报警模块的数据接收端连接；所述的自供电模块与电池电连接，实现电能的存储；
[0013]所述环形压电陶瓷片的内、外表面分别通过一根电源线与自供电模块的接收端连接，实现电压的接收；所述的两片厚硅钢片分别通过一根电源线与自供电模块的输出端连接，实现自供电模块为振动感知传感器供电；所述的铜线圈通过两根电源线与自供电模块的输出端连接，实现自供电模块为电磁铁组件供电；所述感知元件两侧的薄硅钢片与厚硅钢片分别通过一根电源线与电压采集处理模块连接，实现振动感知传感器电压信号的接收与处理。
[0014]一种具有主动式自适应变刚度减振器的减振镗杆，镗杆本体内沿其中轴线方向开有一个安装空腔；所述的发电单元、减振
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感知单元和控制器同轴依次安装在镗杆本体内的安装空腔中；所述环形压电陶瓷片的外环壁与安装空腔的内壁相贴合。
[0015]进一步的，所述的镗杆本体包括刀片、刀头和杆体；所述的杆体内沿其中轴线方向
开有一个贯穿于前端面的凹槽，所述的刀头螺接在杆体的前端并将凹槽密封，形成安装空腔；所述的刀片安装在刀头的前端。
[0016]进一步的，所述的安装空腔包括依次相通的锥形腔、第一安装腔和第二安装腔；所述的发电单元和减振
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感知单元安装在第一安装腔内，所述的控制器安装在第二安装腔内。
[0017]进一步的，所述的镗杆本体内还设置有用于固定发电单元的固定组件，所述的固定组件安装在发电单元与刀头之间。
[0018]进一步的，所述的固定组件包括连接杆以及依次轴向设置的圆锥体、挡片和夹紧椎体；所述的圆锥体插在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动式自适应变刚度减振器，其特征在于：它包括发电单元(2)、减振
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感知单元(3)和控制器(5)；所述的发电单元(2)包括一个环形压电陶瓷片(2
‑
1)，所述的环形压电陶瓷片(2
‑
1)与控制器(5)电连接，实现电能的存储；所述的减振
‑
感知单元(3)包括电磁铁组件(3
‑
1)、薄硅钢片(3
‑
2)、磁流变弹性体(3
‑
3)、感知元件(3
‑
4)、两片厚硅钢片(3
‑
5)和质量块(3
‑
6)；所述的电磁铁组件(3
‑
1)同轴插装在环形压电陶瓷片(2
‑
1)内，并与环形压电陶瓷片(2
‑
1)共同组装成发电单元(2)；所述的电磁铁组件(3
‑
1)与控制器(5)电连接；两片所述的厚硅钢片(3
‑
5)将依次设置的磁流变弹性体(3
‑
3)、薄硅钢片(3
‑
2)和感知元件(3
‑
4)夹持住；其中一片厚硅钢片(3
‑
5)连接在电磁铁组件(3
‑
1)上，另一片厚硅钢片(3
‑
5)连接在质量块(3
‑
6)上；所述的薄硅钢片(3
‑
2)和两片厚硅钢片(3
‑
5)分别与控制器(5)电连接；所述的薄硅钢片(3
‑
2)、磁流变弹性体(3
‑
3)与两片厚硅钢片(3
‑
5)构成变刚度弹性体，变刚度弹性体与电磁铁组件(3
‑
1)和质量块(3
‑
6)共同构成变刚度减振器，用以减小加工工具的振动；所述的薄硅钢片(3
‑
2)、感知元件(3
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4)与两片厚硅钢片(3
‑
5)构成振动感知传感器，用于感知加工工具振动的固有频率。2.根据权利要求1所述的一种主动式自适应变刚度减振器，其特征在于：所述的感知元件(3
‑
4)为导电橡胶垫片或者石墨基弹性体垫片。3.根据权利要求1所述的一种主动式自适应变刚度减振器，其特征在于：所述的电磁铁组件(3
‑
1)包括线圈轮毂(3
‑1‑
1)和铜线圈(3
‑1‑
2)；所述线圈轮毂(3
‑1‑
1)的外圆面上开有同轴的环形凹槽(3
‑1‑1‑
1)，所述的铜线圈(3
‑1‑
2)缠绕在线圈轮毂(3
‑1‑
1)的环形凹槽(3
‑1‑1‑
1)内。4.根据权利要求3所述的一种主动式自适应变刚度减振器，其特征在于：所述的线圈轮毂(3
‑1‑
1)朝向质量块(3
‑
6)的一侧端面开有第一圆形凹槽(3
‑1‑1‑
2)，所述的其中一片厚硅钢片(3
‑
5)插装在线圈轮毂(3
‑1‑
1)的第一圆形凹槽(3
‑1‑1‑
2)内，并与第一圆形凹槽(3
‑1‑1‑
2)过盈配合；所述的质量块(3
‑
6)朝向线圈轮毂(3
‑1‑
1)的一侧端面开有第二圆形凹槽；所述的另一片厚硅钢片(3
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5)插装在质量块(3
‑
6)的第二圆形凹槽内，并与第二圆形凹槽过盈配合。5.根据权利要求3所述的一种主动式自适应变刚度减振器，其特征在于：所述的控制器(5)包括存储模块(5
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1)、自供电模块(5
‑
2)、电压采集处理模块(5
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3)、报警模块(5
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4)和电池(5
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5)；所述存储模块(5
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1)的数据接收端与电压采集处理模块(5
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3)的数据输出端连接，所述自供电模块(5
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2)的数据接收端与电压采集处理模块(5
‑
3)的数据输出端连接，所述电压采集处理模块(5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，范吉庆，马晶，韩伟，李健然，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：