多工位全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì)方法及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文結(jié)合國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）資助項(xiàng)目“超高精轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡自動(dòng)校正關(guān)鍵技術(shù)的研究（2002AA421110）”和浙江省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“動(dòng)平衡去重集成關(guān)鍵技術(shù)研究及其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)（021101566）”的研究，在綜合分析國(guó)內(nèi)外動(dòng)平衡機(jī)行業(yè)發(fā)展、相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，以研發(fā)高精度、高效、柔性化及低成本的多工位全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)為目標(biāo)，對(duì)其關(guān)鍵共性技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：

2、（1）動(dòng)平衡機(jī)轉(zhuǎn)子——支承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及標(biāo)定方法研究。系統(tǒng)固有頻率和靈敏度是影響動(dòng)平衡機(jī)性能的關(guān)鍵參數(shù)，在動(dòng)平衡機(jī)轉(zhuǎn)子——支承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)固有頻率和靈敏度的影響情況進(jìn)行了定量分析，提出了改善動(dòng)平衡機(jī)精度的切實(shí)可行措施，為動(dòng)平衡機(jī)支承、驅(qū)動(dòng)以及傳感器的選型、設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)；系統(tǒng)研究、分析了各種標(biāo)定方法及其系統(tǒng)誤差，以統(tǒng)一的矩陣形式給出目前動(dòng)平衡機(jī)存在的四種標(biāo)定方法——永久標(biāo)定法、影響系數(shù)法、復(fù)影響系數(shù)法以及多元線性回歸法

3、的理論公式，并提出了基于轉(zhuǎn)速學(xué)習(xí)的永久標(biāo)定方法，提高了傳統(tǒng)永久標(biāo)定法的精度。 （2）動(dòng)平衡機(jī)數(shù)字信號(hào)處理方法研究。系統(tǒng)研究了動(dòng)平衡機(jī)不平衡信號(hào)提取方法和濾波方法，指出了整周期采樣的重要性，并提出了降低提取誤差的策略；動(dòng)平衡測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵在于去除干擾的濾波器設(shè)計(jì)，提出了確保高精度幅值和相位提取并具有自適應(yīng)能力的數(shù)字跟蹤窄帶濾波方法，提高了小信號(hào)測(cè)量的精度和穩(wěn)定性，減小了動(dòng)平衡機(jī)最小可達(dá)剩余不平衡量；同時(shí)給出了該濾波器與時(shí)域同步平均

4、、Chebyshev窄帶通濾波、整系數(shù)帶通濾波、自適應(yīng)濾波及諧波小波濾波六種數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)，詳細(xì)討論了它們?cè)趧?dòng)平衡測(cè)量中的應(yīng)用情況，從實(shí)用性角度對(duì)其濾波性能和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行比較分析，提出了動(dòng)平衡機(jī)數(shù)字濾波方法的選型依據(jù)；并分析了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波動(dòng)對(duì)動(dòng)平衡精度的影響，指出了高精度動(dòng)平衡機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的要求。 （3）動(dòng)平衡去重建模與自動(dòng)對(duì)刀技術(shù)研究。針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的自動(dòng)動(dòng)平衡校正，對(duì)R型銑削和V型銑削校正方式進(jìn)行了研究。考慮去重質(zhì)量在轉(zhuǎn)子

5、周向、徑向、軸向的分布以及圓周上分布的槽對(duì)實(shí)際去除不平衡量的影響，建立了精確的R型銑削去重模型；以去除金屬量最少為目標(biāo)函數(shù)，建立了單排刀具和多排刀具的V型銑削去重模型；并開發(fā)了兩種去重方式的智能規(guī)劃系統(tǒng)；提出并實(shí)現(xiàn)了基于刀具接觸傳感定位的高精度自動(dòng)對(duì)刀系統(tǒng)，避免了由于轉(zhuǎn)子（相同類型）直徑變化以及刀具磨損引起的誤差。基于上述策略的去重系統(tǒng)已成功用于我所開發(fā)的兩工位全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)，一次去重率可達(dá)90％。 （4）多工位全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)測(cè)

6、控系統(tǒng)建模。針對(duì)全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)控特點(diǎn)以及可重構(gòu)的要求，提出由上位機(jī)及測(cè)量控制器（DSP）、去重控制器、系統(tǒng)動(dòng)作協(xié)調(diào)控制器（PLC）組成的基于PCI總線的兩級(jí)測(cè)控系統(tǒng)；將系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制分為動(dòng)作級(jí)和系統(tǒng)級(jí)，動(dòng)作級(jí)協(xié)調(diào)主要為全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)平衡工藝動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制，系統(tǒng)級(jí)協(xié)調(diào)主要為上位機(jī)及各控制器之間的協(xié)調(diào)。實(shí)踐表明，上述控制策略較好的發(fā)揮了上位機(jī)和各控制器的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了良好的測(cè)控效果。 （5）全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法研究。對(duì)

7、多工位全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)整機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，提出了多工位全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)整機(jī)布局設(shè)計(jì)及功能結(jié)構(gòu)單元模塊劃分的策略，建立了可重構(gòu)的多工位全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)機(jī)電一體化產(chǎn)品模型；研究并建立了全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)體系和分析模型，開發(fā)了面向客戶定制的全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)快速設(shè)計(jì)平臺(tái)原型系統(tǒng)。 應(yīng)用上述技術(shù)和方法開發(fā)了基于DSP技術(shù)的自適應(yīng)動(dòng)平衡機(jī)和兩工位全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)物理樣機(jī)。樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明，本文所建立的全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì)理論和模型是準(zhǔn)確的，所研制