机床柔性主轴转子低速无试重动平衡方法研究

为解决机床柔性主轴转子动平衡过程中需要在高速下试重的问题,提出一种柔性主轴转子低速无试重动平衡方法。在构建机床主轴动力学模型的基础上,根据刚体力学理论,通过对不平衡量与振动响应之间映射关系的提取,实现了工作转速下采集一次振动数据即可完成不平衡量的无试重识别;为了在非真实失衡面对呈现柔性特征的主轴转子失衡振动进行有效抑制,分析了柔性状态下的不平衡主轴模态振动行为,并基于此提出了不平衡量校正位置迁移方法。在高速柔性电主轴动平衡平台上进行了仿真与实验分析,实验在7 200r/min时进行,结果表明:基于一阶临界转速下所采集的振动数据,可得到迁移至两侧配重平面的等效不平衡量,对该不平衡量予以校正之后,一阶临界转速下主轴振动幅值下降了74.7%,且临界转速前后的振动降幅也较为明显,有效抑制了高速振型不平衡。     

高速主轴不平衡振动行为分析与抑制策略

针对高速主轴不平衡激励下空间振动问题,构建了多自由度高速主轴有限元分析模型。基于Matlab解析获得主轴模态特性信息,进而通过与Ansys分析结果对比,可知两者所求解得到的主轴弯曲振型整体形貌变化规律相同,幅频响应曲线峰值契合度较高。为进一步验证模型的有效性,通过高速主轴系统模态测试获取了主轴实验频率响应函数,实验结果表明,其与基于动力学模型分析得到的前三阶谐振频率误差分别为0.16%、4.38%、5.95%,两者匹配程度较高,该模型能准确描述主轴的动态特性。基于该模型,分析了不平衡激励作用下主轴不同位置节点的空间位移特征,研究了主轴转子在不同大小不平衡激励下的空间响应特性,并总结得出了振型及激励对空间位移的影响规律。最后,提出了基于动力学模型的不平衡振动抑制策略,并在9 000 r/min时进行了高速主轴动平衡实验,结果表明:该策略无需添加试重,仅在低于临界转速下采集振动数据就可识别不平衡量,添加配重后不平衡振动得到有效抑制。     

采用新型电磁动平衡装置的动平衡研究

针对高速转子不平衡产生振动超标的问题,设计了一种基于静磁场的电磁在线动平衡装置;详细讨论了该动平衡装置的基本工作原理和设计方法;通过有限元软件ANSYS建立实体模型,计算并分析了设计参数对该装置所施加电磁力的影响.以转子的动力学有限元模型为基础,通过缩减不平衡响应与不平衡量之间的关系矩阵,采用无试重法识别出转子集中不平衡量的大小,最后通过搭建动平衡试验台实现了转子的动平衡,从而验证了该新型电磁动平衡装置的有效性.研究结果表明,该动平衡装置可以产生用于动平衡的电磁力,并且能够根据无试重法识别出的不平衡量值施加电磁力于高速转子,有效地抑制振动幅值.由于受结构和工作原理的限制,该电磁动平衡装置更适用于高速精密转子的在线动平衡.     

电磁动力吸振器式转子在线监测方法研究

电磁动力吸振器具有重大的工程应用价值。在给出转子＋电磁动力吸振器系统模型的基础上，采用输出调节器理论，设计了电磁动力吸振器控制系统，实现了控制系统的主要目标：在指定的多个频率位置，将转子的不平衡响应减为零，而在其余较宽的频率范围内，抑制了不平衡响应的水平，使之处于非共振量级。因此，用电磁动力吸振器可实现对转子振动的在线控制。在此基础上，因为在电磁动力吸振器控制系统的设计中，构造了反映不平衡力的状态量及其观测器，所以还可以利用状态观测器获得转子的不平衡信息，买现不平衡量的识别，从而给出了用电磁动力吸振器进行不平街识别的方法。该方法的提出，有益于在线监测转子的不平衡状态、及时诊断故障以及无试转的平衡。     

巨型臂式离心机的试验不平衡量识别方法与试验

针对滑动轴承转子系统非线性动力学特性强,传统不平衡量识别方法应用于采用液压滑动轴承的巨型臂式离心机不平衡量监测时局限性较大的问题,提出一种基于径向轴承反力实时识别巨型臂式离心机试验不平衡量的方法.首先,根据臂式离心机的结构特点与其不平衡量的组成,通过受力分析获得径向轴承反力与试验不平衡量之间的关系;其次,对轴承刚度变化对径向轴承反力的影响规律进行分析,结果表明轴承荷载分担比受轴承刚度非线性影响较小,理论上证明了基于径向轴承反力识别试验不平衡量的可行性;最后,通过台架试验对识别方法进行了初步验证.试验结果表明,该方法受系统非线性特性影响小,在工作转速范围内能够有效识别试验不平衡量.     

注液式高速切削主轴动平衡装置设计及其性能研究

为有效抑制高速切削主轴的不平衡振动,提出了适用于该类主轴的注液式在线动平衡装置,并讨论了该装置的工作原理及平衡终端的结构特性.为了实现喷液量的精密控制,通过控制液压系统喷射管道的直径、液体压力等参数,使平衡液体处于层流运动状态.通过分析平衡终端内、外圈径向位移与转速的关系,验证了该装置在高速旋转下的安全性.在研究该装置的平衡能力及精度的基础上,通过合理设计液体容腔,实现了喷液量与平衡配重间的线性关联.此外,还提出了考虑初次试重预估的迭代矢量反馈平衡控制策略,从而满足了该装置用于高速平衡时的特殊需求.高速主轴动平衡实验的结果表明,在20 700 r/min时,通过平衡操作可使主轴不平衡振动的幅值下降约78.8％,从而验证了该平衡装置及其平衡控制策略的有效性.     

砂轮不平衡量的测量理论与标定

砂轮不平衡量的在线测量是一项重要的课题。本文从理论上阐述了利用振动信号表示砂轮不平衡量的测量原理，同时，提出一种砂轮不平衡量在线标定的原理与方法。     

基于DSP的砂轮动平衡测控系统

介绍了一种新型砂轮动平衡自动控制系统的硬件、软件设计,该系统以＇F240＇为核心,通过检测砂轮旋转时不平衡量引起的振动信号并进行数据处理,确定出不平衡量的大小,然后通过红外遥控通信的方式,控制跟随砂轮高速旋转的平衡头内的双永磁直流电机以对不平衡量进行平衡补偿,经过实验表明,该系统显著降低了砂轮不平衡量引起的振动,具有广阔的应用前景.     

高速电主轴在切削过程中的振动分析与研究

针对高速电主轴在高速切削过程中主轴轴端的振动问题,文中通过建立主轴轴端在受高速切削力的条件下的拉刀—主轴—轴承双转子系统振动动力学模型,并对电主轴的固有频率与振型进行有限元分析,模拟主轴在切削力的作用下的响应,最后通过测试电主轴的振动量完成对振动分析结果的验证。结果表明:总切削力在垂直于假定工作平面方向上的分力对主轴振动的影响最大,实现了对主轴振动的更有效的分析方法。该方法对提高主轴加工精度有一定的指导作用。     

翼板动平衡方法研究

为了更精准地控制翼板动平衡时平衡补偿质量,从而提高平衡精度,提出了一种新的利用翼板迎角变化产生不同升力和离心力来实现不平衡力补偿的动平衡方法。对翼板工作时所产生的升力和离心力进行理论分析,建立了翼板迎角与补偿质量间的数学模型。通过实验测试翼板迎角变化所产生的不平衡量,得到翼板迎角与所能提供的补偿质量间的数学关系。在8个不同的相位处添加不同试重作为失衡量,根据所得翼板迎角与补偿质量的数学关系,调整相应翼板的迎角进行失衡量补偿,完成转子动平衡。实验结果表明,基于提出方法设计的动平衡装置可平衡主轴任意位置的不平衡量,平衡能力可达1 617.6g·mm,在实验转速为560r/min时,可将不平衡质量降低94.21%。提出的翼板动平衡方法无需添加或去除质量便可完成动平衡,且提供的平衡量可精确控制,具有一定的实用价值和应用前景。     

主动式磁浮主轴系统的最优控制

应用最优控制理论，对磨床的磁浮主轴系统的稳态不平衡响应实施最优控制，建立了系统的有限元模型；采用阻尼衰减控制，提高了转子的抗失稳、抗干扰能力，使转子的整体响应水平明显改善。仿真计算表明，控制效果符合要求。     

地毯簇绒机主轴系统的动平衡研究

随着地毯簇绒机主轴系统的高速化,主轴的不平衡响应与振动响应将会加大,继而影响地毯簇绒质量。因此,针对一般地毯簇绒机主轴系统,在尽量减少结构形式改变的原则下,提出了一种平衡轴方案,设计了一种新型的主轴系统,采用传递矩阵法建立主轴系统的数学模型,并应用Matlab软件进行仿真分析。结果表明,相比一般簇绒机主轴系统,这种采用平衡轴的主轴系统在高速运转时的横向和纵向最大振动位移减小约40%,其动态平衡和减振效果明显。     

高速气浮电主轴转子系统不平衡响应分析

针对高速气浮电主轴转速高,动力学行为复杂,对不平衡激励敏感的特点,基于推广的拉格朗日方程,建立了高速电主轴转子气体轴承系统的动力学数学模型,获得了自由振动微分方程与强迫振动微分方程。在分析气浮电主轴系统残余不平衡质量产生的惯性离心力及不平衡磁拉力的作用机理的基础上,利用有限元方法,对某最高工作转速为250000 r／min 的高速气浮电主轴转子系统进行了不平衡激励的谐响应分析,揭示了运行于超临界模式的高速气浮电主轴在不平衡激励下的动力学行为,为实际工程应用中的高速气浮电主轴转子系统的优化设计、振动控制等提供了理论依据。     

轴的不平衡度对轴承振动的影响

利用分析力学方法建立了外圈有波纹度的球轴承振动模型，并求出了响应。分析了当轴存在不平衡度时对轴承的频谱特性的影响，指出了随着不平衡度的增加，轴承振动产生了新的频率分量。数值仿真结果与其他文献中的实验结论一致。     

轴承-转子系统运动分析及主轴振动的相位控制

为限制高速运动过程中轴承转子系统的振动及提高机床加工精度,提出了通过控制可倾瓦轴承转子的振幅和相位以降低主轴前端振幅来达到提高加工精度的方法.建立了刚性轴转子系统的五自由度振动模型,并求出了转子系统振动的微分方程;通过流量平衡法求得可倾瓦轴承的供油流量,并离散雷诺方程求出了可倾瓦轴承的油膜力;通过欧拉法得出了可倾瓦轴承转子轨迹,并通过空间直线方程得出了主轴前端转子运动轨迹;通过电磁致动器作为辅助控制装置调节可倾瓦轴承转子的切向加速度和法向加速度.算例的仿真结果显示可倾瓦轴承转子的轨迹收敛成圆形,并减小了前后轴承的相位差,主轴前端振幅降低了60.26%.      

高速电主轴系统的极小子样试验评估方法研究

针对数控机床这类高可靠性产品的寿命实验数据极少的情况,为了提高数控机床高速电主轴系统的可靠性寿命评估精度,基于性能退化可靠性评估的理论对高速电主轴系统进行了机械应力仿真加载试验.对高速电主轴的退化数据,借助MATLAB软件利用最小二乘法对样本的退化模型参数进行估计,得出一次伪失效寿命.应用虚拟增广法和半经验评估法相结合的可靠性评估方法对高速电主轴系统进行了可靠性评估,得出了高速电主轴系统的平均无故障寿命均值的置信区间.与单纯地采用以往的半经验评估法进行可靠性评估的结果对比,进一步提高了高速电主轴系统在试验样本极小的情况下的试验寿命评估精度,为高速电主轴系统的可靠性研究提供了更加合理有效的评估方法.     

双盘球式自动平衡装置动态特性分析

球式自动平衡装置用于在线自动平衡转子的不平衡,并对振动进行控制。目前相关研究集中在平面运动的单盘球式自动平衡装置,然而实际高速运动的转轴大多产生非平面运动。考虑转子系统动不平衡,建立双盘球式自动平衡装置的数学模型,采用拉格朗日方程推导运动微分方程。通过平均法对稳定性和主共振进行理论分析论证,进行数值模拟仿真,分析不同转速转子的运动特性和滚球运动规律。研究表明,该装置在过临界转速时发生稳态振动,有良好的平衡制振性能。研究结果可为自动平衡装置设计提供理论参考。     

砂轮不平衡量对磨削表面粗糙度影响的研究

本文建立了一种新的由砂轮不平衡量引起的砂轮架及主轴系统振动力学模型。对磨床砂轮主轴的摆动与磨削表面粗糙度的关系进行了理论分析和实验分析。两种分析结果基本一致。最后，给出了一种降低由主轴摆动引起的磨削表面粗糙度及拉毛现象的方法。     

高速弹性机构稳态振动响应的一种高效解法

给出了输入杆具有恒定转速的高速弹性机构稳态振动响应的一种高效解法。该方法适合于求解大型二阶周期时变的振动系统，计算精度和效率高，且节省高速内存，使在微机上进行高效的运动弹性动力分析与综合成为可能。对一弹性连杆机构进行了数值计算，并与有关文献的实验结果进行比较。结果表明，它们之间吻合很好。