1、PDF外文：http:/ 4030 字 出处： International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2002, 42(4): 467-472 紧填充球的方法改善机器阻尼特性 摘要 本文是关于填充球结构的阻尼特性的实验研究。这个被测试的结构是填充有玻璃球的方型管。研究的结果主要被冲击大小、方型管的尺寸、球的大小以及对阻尼特性结构的激励方向等因素影响。实验显示出阻尼特性明显的被球的大小所影响，并且填充球将有助于改善阻尼性能。实验同时显示出阻尼性能被填充范围、填充比例以及斥力比率 所影响，对阻尼性能带来戏
2、剧性改变的是在填充球以及方型管的内表面留下一点小的空隙。这个事实是被实验证明的。 1、 引言 对于机床的刀具结构来说，一个重要的设计准则是保证有效的阻尼性能，以在切削操作中获得高精度及高效率。因为在机床刀具中产生的一个微小的振动将会严重影响机床的精度。 一些文章报道了一些改善阻尼性能的方法。包括对刚混合树脂的处理，对钢和高阻尼性能材料混合结构上覆盖薄板状加强纤维塑料，以及在两块钢板间插入粘弹性核心的夹层结构梁。更进一步的是，大量的设计技术的产生，在非妨碍粒子阻尼技术中，在振动结构的适当位置 钻了小尺寸的孔，并且填入最佳水平的一层粒子，这样就达到了
3、所需的最大阻尼性能模式。另外，一种填充可动粒状物质在原先振动系统上固定的容器中的冲击减振器，以及一种用灰以高填充比填入钢质容器的混合粉末减振器，也被报道了。然而，当把填充物插入结构内部腔，对于冲击力大小，填充的种类，腔的形状等等对阻尼特性的影响，在这类的报道中并未给予充分清楚的说明。 在精密的机床工具测量中，必须要考虑到来自机床周围环境中的一些不确定和未知因素带来的冲击力。一些用于机床、工具、楼层及建筑等实际中的振动隔离器在进一步完善中。然而，当这些复 杂的隔振系统应用于机床工具中时，机床本身的成本将会增加，如果可以在没有附加设备的情况下改善机床结构的阻尼性能，对于机床工具的操作将
4、更具实际意义。 在今天的研究中，是通过实验研究充填了玻璃球的机械结构的阻尼特性，实验用大量不同的冲击力，不同型号的模型结构及填充球来实现。当充填球的球体被激励，球的填充比例将决定于模型机和填充球的形状及大小，球的填充范围及比例可以用不同型号的球来获得。这些因素对阻尼特性的影响也可以被检测出来，同时被检测出来的还有激励方向对阻尼特性的影响。 2、 实验仪器及方法 实验仪器见图 1。模型是图 中的外部宽度 25mm（内部 b=22mm），厚 度 1.5mm，长度 L=3001000mm 的不锈钢（ SUS304inJIS）构成的方型管。不
5、同直径尺寸被紧填充的玻璃球用激振锤激励。最后模型结构将用 5mm 厚度的甲基丙烯酸塑料板密封。 模型用不锈钢丝在基本振型的节点位置悬挂，并且中心用激振锤激 励，装在离尾部 10mm 处的小而轻的加速度计将冲击力及外部输出信号通过电荷放大器及带通滤波器传递到 FFT 分析仪，可以测出冲击力和随时间变化的加速度，及从频率响应曲线上读出的阻尼比例等等。 实验可由表 1 列出的 L=3001000mm,d=120mm,及 F=50300N 等变量 实现。在运用基谐模式下的频率响应，并从两种激励方向（水平和垂直）时的阻尼比例估算阻尼特性，是一种可以得到事半
6、功倍效果的方法，以下的实验结果是从近十组数据中得到的平均值。 3、 实验结果及过程 （ 1） 无填充球方型管的阻尼特性 我们首先改变冲击力对阻尼比的影响见图 2。随着冲击力 F 的增加， 阻尼比 有微小的增加。然而，当冲击力 F 在 50300N 变化时，它对 的影响几乎无法观察到。在其他长度的模型上会得到相同的结果。正因为如此，之后的实验都可以在最容易得到的激振力 F=150N 的基础环境下完成。 模型长度对基本模式下阻尼比 影响见图 3。随着长度 L 的增加， 阻尼比 也增加。我们
7、的模型采用表 1 中的典型尺寸，当 L>=700mm 时，增长率变得非常明显。在激振力下长度 L=300 时的初始振幅比之后的振幅都要大很多，所以，我们以下选用 L=500mm 的模型，在 F=150N 和 L=500mm 时方型管的时间响应波形见图 4（ a）。图 4（ b）的频率响应。基本模式下的频率一般大约为 650Hz，而阻尼比是在一般能量大约 0.001 的方法下得到的。 （ 2） 球的大小及激励方向对阻尼特性的影响 平行和垂直两种激 励方式下球的大小对最大加速度 amax的影响见图 5。 水平的虚线显示出无球填充的方型管的最大加
8、速度。在垂直激励中，当球的尺寸小于 d=10mm 时相当于无球填充时的 60%，而且跟这时球的直径无关。 然而，当 d>=12mm 的情况下， amax 将比 d<=10mm>=12mm的球时，模型的力学精度并没有被改善因为大的加速度响应。 另一方面来说，在水平激励中，在 d<=17mm 的区域中 amax 明显比无球 充填的方型管要小。 基本模式中平行和垂直两种激励方式下球的大小 d 对频率 f 的影响见 图 6。水平的虚线显示出无球填充的方型管的频率。
9、图形显示，激励方向对 结果影响并不明显。在 d<=10mm>=12m 的 范围内频率就和无球填充差不多大了。 然后，平行和垂直两种激励方式下球的大小 d 对阻尼比 的影响见图 7。 d=0mm 相当于无球充填的阻尼比。图形显示，激励方向的不同对阻尼比 的影响几乎无法辨别。在 d=1mm 时模型的阻尼比只比无球填充大一点，并 且阻尼性能只被微小的改变。在 d=3、 5、 7、 10mm 时模型的阻尼比都比无球 填充大不了多少。当填充玻璃球直径 d>10mm 时阻尼性能得到了很大的改善， 在之后的 d=12mm 时阻尼比达到最大。当球比这个尺寸大以后， 快速减小。
