高速电主轴在线动平衡补偿技术研究

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。主要内容包括： 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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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

4.1.2 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