高速电主轴在线动平衡补偿技术研究

论文摘要

高速电主轴,是高速加工的重要部件,是先进制造的需求。其在高转速下,容易产生振动,从而对回转系统或整个系统产生破坏,因此,必须进行平衡措施以减少不平衡振动。本课题主要研究高速电主轴的在线动平衡补偿技术,以德国GMN公司电主轴系统HC120cg—22000/6为例,设计一套新型的高速电主轴在线动平衡补偿装置,创新性地提出一种“实时节能”补偿的概念,为寻求解决动平衡问题的新方法提供新思路,指导企业增加效益。我们所做工作的主要内容包括以下:一、分析动平衡的相关理论研究基础,尤其是现有各种动平衡头的工作原理及技术特点,找出各自的不足与优势,为此次高速电主轴动平衡设计提供理论依据和设计基础。二、设计动平衡装置实验方案。基本思路:首先,基于间接在线动平衡头的设计思想,利用电磁场的耦合作用,无接触地在加重平面处形成一个具有相同幅值和相位的径向电磁力,使该电磁力与所需的离心力等效,以实现在线实时精密补偿;考虑到此时空旋转电磁力能耗大、机械结构内应力大的缺点,接着,基于混合型在线动平衡头的设计思想,应用电磁混合型动平衡头的工作原理,运用影响系数法控制策略,在平衡头上利用旋转极坐标合成矢量力,实现转子系统质量再分布,使得转子质心落在旋转中心上;同时,时空旋转电磁力消失,转子系统在极坐标合成力的作用下实现最终动平衡。三、利用Pro/Engneer3.0工程软件,建立此高速电主轴动平衡装置三维实体几何模型,分别计算出整个主轴系统的质量、质心位置及转动惯量,进行整体模型的虚拟装配。四、以建立好的几何模型为基础,借助Mech/Pro接口模块在ADAMS工程软件中建立运动仿真模型,并通过仿真分析,证明该平衡装置能够实现预期的动平衡效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题研究的目的
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 动平衡的研究现状
• 1.5 关于高速电主轴的论述
• 1.5.1 电主轴的结构特点
• 1.5.2 高速电主轴的主要技术难点
• 1.6 关于仿真的一般论述
• 1.7 课题研究的内容及预计达到的目标
• 2. 动平衡的理论研究基础
• 2.1 转子的分类
• 2.1.1 临界转速
• 2.1.2 转子分类
• 2.2 转子故障的分类
• 2.3 转子动平衡的动力学基础
• 2.3.1 静不平衡与动不平衡
• 2.3.2 刚性转子的平衡
• 2.3.3 挠性转子的平衡
• 2.4 现有动平衡技术分析
• 2.4.1 直接在线动平衡装置
• 2.4.2 间接在线动平衡装置
• 2.4.3 混合型在线动平衡装置
• 2.5 本章小结
• 3. 高速电主轴在线动平衡装置设计
• 3.1 电主轴主要技术参数及本设计的选型
• 3.2 动平衡装置设计
• 3.2.1 总体模型设计
• 3.2.2 动平衡装置结构设计
• 3.2.3 a-a 截面工作原理
• 3.2.4 b-b/c-c 截面工作原理
• 3.3 传感器选用
• 3.4 本章小结
• 4. 高速电主轴系统的建模与虚拟装配
• 4.1 软件平台
• 4.1.1 Pro/E 简介
• 4.1.2 Pro/E 基本特性
• 4.1.3 Pro/E 基本功能
• 4.2 高速电主轴系统3D 实体模型的建立
• 4.3 HC120cg—22000/6 电主轴系统的虚拟装配
• 4.3.1 Pro/E 中的装配模块
• 4.3.2 HC120cg—22000/6 电主轴系统装配模型的特点
• 4.3.3 基于基础件的主轴的装配模型
• 4.4 计算各零部件的质量、质心位置及转动惯量
• 4.5 本章小结
• 5. 模型仿真及平衡块的优化
• 5.1 ADAMS 软件简介
• 5.2 MECHANISM/Pro 模块简介
• 5.3 电主轴 ADAMS 模型仿真
• 5.3.1 传送模型
• 5.3.2 约束的确定
• 5.3.3 在动力系统模型中添加传感器
• 5.3.4 确定输入输出变量
• 5.3.5 动画仿真
• 5.4 在线动平衡头仿真优化
• 5.4.1 ADAMS 的优化仿真功能介绍
• 5.4.2 时空旋转电磁力补偿仿真
• 5.4.3 电主轴最终动平衡补偿仿真
• 5.5 结果分析
• 5.6 本章小结
• 6. 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢