设计了一款集成多种检测功能的高速电主轴试验样机,其内置的温度传感器可测量轴承和定子的温升,编码器可测量转速并实现闭环控制,电涡流传感器可测量转子的三维振动特性和热膨胀量,并可根据实际工况在线调节轴承预紧力。另外,搭建了一套通用性较强的高速电主轴动态性能综合测试系统,基于磁流变液剪切原理和高压水射流冲击原理分别解决了高速电主轴动态扭矩和径/轴向力加载难题,可全面地测量高速电主轴的温升特性、回转特性、输出特性、电磁特性和动态支承刚度,并通过试验验证了磁流变液动态扭矩加载系统、高压水射流径/轴向力加载系统、动态支承刚度测试系统、机械摩擦损耗测量方法和预紧力在线调节装置的有效性。

为减小磁流变阻尼器在微振幅中高频激励下磁控耗能能力降低带来的影响,提出采用增加磁流变液初始压强来增加工作压强的方法以改善磁流变阻尼器在中高频激励下的磁控耗能能力.基于磁流变液的可压缩特性,构建磁流变阻尼器的力学模型,分析中高频时工作压强对阻尼力的影响;设计加工了无补偿装置的单杆直线液体弹簧式磁流变阻尼器,通过实验测试验证力学模型的准确性.正弦激励下的实验结果表明:增加磁流变阻尼器工作压强可以使阻尼曲线更饱满,且工作压强较高时,磁流变阻尼器耗能能力明显优于工作压强较低时磁流变阻尼器耗能能力;根据实验结果发现:相比于初始压强为标准大气压,当初始压强为5 MPa时,阻尼增幅最大为31.3%,耗能增幅最大为78.5%;此外,增加工作压强后工作区域磁场更容易饱和,等效刚度和等效阻尼系数都会随着工作压强的增加而上...

针对磁流变阻尼器受到外界磁场作用时,阻尼特性发生变化导致其控制精度变差的问题。该文提出分析不同方向的外界磁场对磁流变阻尼器阻尼特性影响的理论方法,设计线性磁场发生器模拟外界磁场环境,通过实验对理论进行验证。理论与实验结果表明:当磁流变阻尼器受到与活塞运动方向垂直的外界磁场作用时,阻尼特性不受影响;当磁流变阻尼器受到与活塞运动方向水平的外界磁场作用时,随着外界磁场强度的增加,输出阻尼力随之增加;且输出阻尼力等于自身电流作用产生的阻尼力与外界磁场作用产生的阻尼力之和。

针对大型薄壁零件镜像加工过程中的稳定支撑问题,提出了基于模糊自抗扰的力/位混合控制策略。通过支撑-工件系统模态锤击实验,分析了磁流变集成支撑装置线圈中电流变化对系统模态参数的影响。设计了支撑侧基于模糊线性自抗扰控制(FLADRC)的力/位混合柔顺控制策略,通过MATLAB/Simulink仿真实验平台建立了系统控制模型并进行了仿真分析。仿真结果表明,相较于传统PID控制,FLADRC对目标函数跟踪速度快、误差小,鲁棒性与自适应能力强。通过薄壁件镜像铣削实验验证所设计控制策略的有效性。研究结果表明,该控制策略可有效维持工件加工时支撑侧的稳定支撑。

针对均匀间隙磁流变制动器制动力矩较低、制动效率低的问题,根据磁流变液挤压增强效应原理,设计了偏心式磁流变制动器,建立了偏心式磁流变制动器制动力矩模型;分析了工作间隙、偏心率及偏心距对制动力矩的影响规律,基于Sobol法对制动器结构尺寸参数进行全局灵敏度分析,以偏心制动器制动力矩为目标进行了结构尺寸优化。结果表明,偏心率对制动力矩影响最大,且偏心制动器制动力矩随偏心率增大而增大;偏心率从ε=0.1到ε=0.2变化时,制动力矩从38.3 N·m提升到51.9 N·m;偏心距对制动力矩影响较弱,且制动力矩随偏心距的增大而减小,在偏心距e大于1后,影响效果不明显;优化后的偏心制动器制动力矩达到86.3 N·m,较优化前提高了约35.27%;在磁流变液达到磁饱和时,偏心结构对制动器制动力矩提升约7.57%。

以多极式结构的磁流变制动器为研究对象,研究线圈参数(线圈数量、线圈电流)对其制动力矩以及能耗的影响。基于电磁场基本理论,建立了多极式磁流变制动器的磁路模型,计算了主要磁路的磁场强度;利用COMSOL有限元分析软件和BOBYQA优化方法,进行结构优化设计与仿真。结果表明,三种方案磁流变液间隙的磁通密度计算和仿真的差值分别为8.33%、13.16%、4.41%。线圈与定子数量相同时制动器的功率密度(T/P)较大,且随着电流的增大,功率密度逐渐减小。总结出线圈布置方式对多极式磁流变制动器性能的影响,为磁流变制动器的发展提供参考。

针对航空航天等领域薄壁件难装夹所引起的加工精度问题,设计了一套磁流变液柔性夹具,结合磁流变液固化特性,通过提高弱刚度结构辅助支撑的强度,考虑磁场强度及位置等对工件刚度影响的关键要素,采用Maxwell进行磁场仿真并进行案例实验验证。实验测试了磁场大小、剪切应力和铣削力等关键数据,研究与分析了三者之间的作用关系,发现磁场强度越大,剪切应力越大而铣削力越小。通过与传统夹具对比,发现磁流变液夹可提高装夹性能,其中有MRF时加速度值为0.29g,与无MRF对比降低了82.4%,加工时振动明显减小;无MRF与有MRF对比同心度值降低38.5%。相关成果为航空航天领域薄壁件加工装夹技术提供支撑。

基于圆筒式磁流变制动器的结构及工作原理,建立考虑壁面滑移效应的平行壁板微观传力模型,推导了壁面滑移速度及壁面滑移层厚度的计算式,进而建立了考虑壁面滑移效应的磁流变液剪切屈服应力模型;根据剪切屈服应力和壁面摩擦力的数学模型及制动原理建立制动力矩和制动时间模型,对制动器制动特性进行分析。结果表明:壁面滑移影响磁流变液的制动力矩和制动时间,当其他条件一定时,随磁场强度增大制动力矩逐渐增大、制动时间缩短,制动器制动性能受壁面滑移效应影响逐渐减弱,达到磁饱和后壁面滑移效应对制动性能的影响非常微弱;在一定的外加磁场下,磁性颗粒的体积分数、颗粒半径影响屈服层的厚度进而影响壁面滑移效应。

薄壁零部件在航天、汽车、轮船等方面有着广阔的运用前景,但其低刚度、结构复杂、难以夹持也一直困扰着机械制造业。因此本文针对薄壁零部件的结构特点,设计一款基于磁流变效应、可柔性调控的辅助装夹装置。通过有限元仿真分析了不同参数对装置工作间隙内的磁感应强度的影响规律。而后通过试验对装置内的磁感应强度进行测试。试验与仿真结果表明,装置设计符合需求。

为了研究磁性颗粒在磁场作用下的不均匀分布对磁流变液力学性能的影响,通过卡方分布来模拟磁性颗粒的间距分布,对现有的磁流变液微观力学模型进行修正,并通过磁流变阻尼器的力学性能试验验证了模型的有效性。在磁流变液双链微观力学模型的基础上,修正相邻磁性颗粒的间距完全相等且不随磁感应强度而变化的假设,采用卡方分布来表征磁性颗粒间距的不均匀分布,并引入分布参数来描述磁性颗粒间距随磁感应强度的变化关系,推导了考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型;基于修正的微观力学模型,分析了分布参数对磁流变液剪切屈服应力的影响;将该文提出的磁流变液修正微观力学模型带入到磁流变阻尼器的准静态模型中,可以得到不同电流下的阻尼器最大出力,并与磁流变阻尼器力学性能试验数据进行对比来验证所提模型的有效性...