转子单平面自适应平衡控制仿真及电主轴平衡试验

为了实现旋转机械的智能动平衡,提出了一种转子单平面在线自适应主动平衡方法。从传统的影响系数法出发,先后引入增益因子和遗忘因子,建立了固定参数的转子自适应主动平衡控制算法模型,分析了控制模型的稳定条件。采用数值仿真,对增益因子和遗忘因子对转子自适应主动平衡控制过程的影响规律进行量化研究,获得了转子单平面在线自适应主动平衡控制算法的收敛性和稳定性变化规律。建立了高速电主轴自适应电磁主动平衡试验台,开展了转速3 300 r·min-1下转子单平面自适应主动平衡试验。结果表明:增大增益因子可以加快主动平衡过程的收敛速度,减小增益因子可以提高平衡过程的稳定性,准确的影响系数估计可以放宽对遗忘因子取值的要求,试验和理论仿真的规律是一致的,证明所提出的转子自适应主动平衡控制算法是正确的。     

主轴电磁滑环式平衡头单平面动平衡调整方法

目的解决主轴在高速旋转过程中的不平衡力造成回转精度降低问题.方法笔者通过建立单平面动平衡调整算法模型,提出一种新型单平面主轴在线动平衡调整方法.基于Labview平台,开发在线动平衡调整仿真软件.结合试验实测数据与传统单平面调整方法进行对比分析,验证其合理性.结果该方法能够实现主轴在线动平衡状态、质量块精确定位,与传统方法相比,振幅降低程度达10%以上.结论新型单平面动平衡调整方法能够精确定位主轴质量块校正位置,大幅度提高主轴回转精度,为高速主轴的平稳运行和工艺优化提供基础科学依据.     

基于高速深沟球轴承支撑的平衡盘优化设计

为了解决配重块在高速旋转中产生的离心力造成平衡盘形变,严重时破坏平衡盘的稳定自锁状态、使配重块位置滑动或平衡盘卡死无法转动的问题,利用ANSYS建立了带深沟球轴承的平衡盘三维模型。在保证平衡盘平衡能力不变的前提下,分析了不同配重块形状、不同转速、不同轴承材料以及两配重块不同平衡能力对平衡盘变形的影响。仿真结果表明:通过优化设计配重块形状、改用陶瓷轴承支撑以及两配重块设计成相同平衡能力的方法,能够有效降低平衡盘的径向以及轴向变形,提高平衡盘的允许工作转速及稳定性能。     

基于模型参考自适应系统的电磁轴承支承转子不平衡量辨识及振动抑制

针对电磁轴承支承转子质量不平衡引起的同频振动问题，提出了一种基于模型参考自适应系统(model reference adaptive systems, MRAS)的转子不平衡量辨识与在线补偿相结合的算法，该算法鲁棒性强且能够有效简化控制器结构。针对转子在两个轴承平面内的等效不平衡量，提出了基于模型参考自适应的不平衡量辨识算法，根据Popov超稳定性理论进行自适应律设计并通过设计相位补偿角保证辨识算法在全转速范围内的稳定性；针对模型误差和复杂工况带来的系统参数变化，根据辨识结果生成补偿电流的初始值，并利用同样的模型参考自适应算法对补偿电流进行在线微调，从而在保证补偿精度的前提下大大提高了算法的收敛速度。仿真分析和实验研究结果表明：所提算法能够使两端轴承处的转子振幅在0.2 s内迅速衰减并保持稳定，对振动位移中的转速同频分量抑制效果达到90%以上，且能够自适应转速的变化。所提算法能快速准确地抑制不平衡所引起的转子振动，可满足多种场合下对转子高回转精度的要求。     

风机刚性转子双平面主动平衡方法的可行性分析

为指导主动平衡技术在离心鼓风机上的应用,对比研究了单平面主动平衡和双平面主动平衡两种方案的平衡效果。首先结合实际风机结构,利用有限元法建立了风机转子的有限元模型。然后分析和比较了在单平衡平面方案下,两个平衡平面的平衡效果。最后在双平面平衡方案下,对两个平衡头平衡能力进行协调优化研究。分析结果表明,利用单平面平衡方案可以将两个轴承的振动值分别降低92.0%和28.4%;利用优化配重量比的双平面平衡方案,可以将两个轴承的振动值分别降低96.7%和99.1%,双平面平衡效果优于单平面。研究结果为双平面主动平衡技术在该实际风机应用提供了参考和依据。     

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。     

基于影响系数法的柔性转子无试重平衡法研究

针对目前转子动平衡技术需多次试重起车的不足。研究了柔性转子在无试重起车情况下进行动平衡的理论和方法。无线重平均法采用了影响系数法的平衡目标和优化思想,通过转子在选定测点及转还上不平衡响应的理论计算及原始不平衡振动量的实际测量,利用遗传算法进行配重的优化搜索,使转子在选定测点及转速上的残余振动量达到最小。动平衡实例表明,无试重平均法能有效地降低转子残余不平衡振动量,在转子现场动平衡中有广阔的应用前景     

高速电机转子动平衡的实现与分析

为了减小高速电机转子运转时振动带来的危害,校正转子的不平衡量,本文通过运用DYJ-D80型平衡机电测箱和DR5Z型自驱动平衡机对F3-8101020风机转子在400~2400 r/min转速范围内进行动平衡实验,得出了此转子的第一、第二临界转速分别为800 r/min和1600 r/min,风机转子转速越高不平衡量越大且对平衡精度要求越高的规律,并对动平衡过程中影响平衡精度的因素作了分析。通过本次动平衡实验,结合当前高科技的发展,最后对动平衡技术在算法、测量方式、平衡精度方面提出了展望。     

双斜盘同步旋转内功率分流无级变速器动不平衡分析

针对双斜盘同步旋转内功率分流无级变速器的动不平衡问题,分析了斜盘组合的动不平衡原因和平衡方法,使用IBM-II智能化多功能动平衡测试仪,测量了双斜盘同步旋转内功率分流无级变速器的斜盘、压盘、配流盘、配重体等组合体的动平衡,并与理论分析的结果进行比较,根据测量结果进行修正,使重心与旋转中心吻合而达到平衡。为这种变速器的动平衡补偿提供一种实验方法。     

超重力机主动平衡实验台的研制

转子质量不平衡而造成的工频振动是影响超重力机长周期运行的关键问题。为解决转子的振动问题保证机器的长周期运行,提出了利用电磁式主动平衡技术在线控制转子振动的方法。在确定了平衡平面的安装位置并计算了转子平衡所需的校正量的基础上,研制了超重力机主动平衡实验台。阐述了电磁式主动平衡系统的结构以及配重盘的驱动、自锁原理。对不平衡量为的外加载荷进行了主动平衡的实验验证。结果表明,主动平衡实验台设计是合理的,电磁式主动平衡系统可以有效的降低转子振动,为今后深入的电磁式主动平衡技术的实验研究提供保证。     

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。     

双配重平衡头无错调控制算法研究

分析了现有的电机驱动型双配重平衡头造成错调、振荡、平衡时间长等问题的原因,提出了解决方法并将其应用到新设计的电磁驱动型双配重平衡头中。通过对双配重平衡头系统的分析,提出了配重块最优移动的准则及其判断原则。针对配重块的任意占位方式,总结出双配重平衡头无错调控制算法,并进行仿真试验验证。结果表明,该移动策略能有效地提高自动平衡品质,达到无错调、不振荡、平衡时间短的目的。     

大功率盘式交流永磁同步电机电磁场分析

针对应用于石油钻井平台的510kW盘式交流永磁同步电机进行了建模,并分别从空载、负载、电感角度进行了三维电磁场仿真。建模中考虑了模型的对称性和周期性,将整体模型简化成1/4模型,从而显著减少了仿真的计算量。在电机空载状态下,得到了空载磁通密度分布,分析了永磁体极弧系数、槽口宽度和极槽配合对齿槽转矩的影响,通过优化,在永磁体极弧系数取0.85、槽口宽度取5mm、极槽配合取18槽16极时,得到了最小的齿槽转矩30.64N·m,这将有利于降低转矩波动,从而减小电机的振动和噪声,提高系统的控制精度和品质。在电机负载状态下,分析了不同电流激励源和内功率因数角下的电磁转矩波形:在恒转矩区,当相电流为550A、内功率因数角为22°、额定转速为1 600r/min时的电磁转矩为3.115kN·m;在恒功率调速区,当相电流为550A、内功率因数角为41°、转速为2 000r/min时,电磁转矩为2.577kN·m;在过载工作区,当相电流为1 140A、内功率因数角为47°、额定转速为1 600r/min时,电磁转矩为4.756kN·m,电机达到1.5倍过载。与同体积的其他电机相比,该电机的电磁转矩密度有显著提高,内功率因数角调整裕度也较大,能满足过载能力要求。此外,结合电机空载和负载求得的参数,绘制了盘式电机矢量图,求得同步电感值为0.31mH。     

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.     

抑制高速旋转刀具系统不平衡量的方法研究

随着切削速度的提高,旋转刀具系统在离心力的作用下发生很大变化,直接影响工件的加工精度和表面粗糙度.通过应用非线性有限元模拟分析技术,分析了不平衡量对旋转刀具系统特性的影响.研究结果表明,采用配重措施对旋转刀具系统进行动平衡,可消除不平衡量的激励,明显降低刀具系统旋转时的振幅,提高零件的加工质量.     

注排液式砂轮在线动平衡技术研究

为有效抑制磨削过程中由砂轮失衡引起的振动,提出了一种新的注排液式砂轮在线动平衡方法,并设计了平衡装置。通过控制注入平衡腔内的液体与计算排出平衡腔的液体,控制平衡腔内残余液体质量,进而利用残余液体提供合适的平衡校正量。分析平衡腔内液体的离心力与腔内液位半径的关系,建立动态注液模型。采用打靶法对排液用的短孔型节流阀进行参数标定,分析了影响节流阀参数的因素,建立了流量控制模型,实现了平衡腔中残余液体量的精确计算。动平衡实验结果表明,在砂轮转速为2 700r/min时进行校正,使用注排液式砂轮动平衡方法,振动幅值下降达89.25%,验证了提出的在线动平衡方法的可行性和平衡效果,同时也表明该平衡方法具有持续的平衡能力,解决了现有注液式在线动平衡腔满而丧失平衡能力的问题。     

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。     

用于转子自动平衡的双盘电磁型平衡头移动控制方法研究

电磁型自动平衡系统通过在线辨识转子系统不平衡量,计算并控制平衡盘移动至最佳平衡位置,从而减小或消除原系统的振动。但该技术的工业化应用受到移动控制过渡时间长且可能令系统瞬时振动增强的限制,实例罕见。针对其在移动控制上的不足,采用系统仿真方法研究了可相对转轴正反两个方向任意转动的双平衡盘移动控制策略,并对两类特殊情况给出了解决措施。实验表明使用该控制策略平衡头移动迅速准确,缩短了动平衡时间,规避了系统瞬时振动增强的可能。     

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.     

回转体静平衡的新方法

回转体的静平衡,通常采用的方法是:把回转体的轴架在同水平面内的两个平行的刀口上,让其自由滚动,当偏心重点在轴心正下方时,其会停止滚动,配重后反复试验才能平衡.本文中,作者根据杠杆平衡原理和平面力系的平衡原理,探讨了一种新方法.1 空心盘类回转体的静平衡(1)工作原理当用支点把物体支起以后,如果支点