多工位全自动动平衡机设计方法及关键技术研究

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1、浙江大学博士学位论文多工位全自动动平衡机设计方法及关键技术研究姓名：刘健申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：潘双夏20050801浙江大学博士学位论文多工位全自动动平衡机设计方法及关键技术研究摘要本文结合国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目“超高精转子动平衡自动校正关键技术的研究(2002AA421110)”和浙江省重大科技攻关项目“动平衡去重集成关键技术研究及其产业化开发(021101566)”的研究，在综合分析国内外动平衡机行业发展、相关技术的研究现状及其存在问题的基础上，以研发高精度、高效、柔性化及低成本的多工位全自动动平衡机为目标，对其关键共性技术和计算机辅助设计

2、方法进行了研究。主要研究内容及成果如下：(1)动平衡机转子——支承系统动力学建模及标定方法研究。系统固有频率和灵敏度是影响动平衡机性能的关键参数，在动平衡机转子——支承系统动力学模型的基础上，对系统固有频率和灵敏度的影响情况进行了定量分析，提出了改善动平衡机精度的切实可行措施，为动平衡机支承、驱动以及传感器的选型、设计提供指导；系统研究、分析了各种标定方法及其系统误差，以统一的矩阵形式给出目前动平衡机存在的四种标定方法一永久标定法、影响系数法、复影响系数法以及多元线性回归法的理论公式，并提出了基于转速学习的永久标定方法，提高了传统永久标定法的精度。(2)动平衡机数字信号处理方法研究。系统研究

3、了动平衡机不平衡信号提取方法和滤波方法，指出了整周期采样的重要性，并提出了降低提取误差的策略；动平衡测量系统的关键在于去除干扰的滤波器设计，提出了确保高精度幅值和相位提取并具有自适应能力的数字跟踪窄带滤波方法，提高了小信号测量的精度和稳定性，减小了动平衡机最小可达剩余不平衡量；同时给出了该滤波器与时域同步平均、Chebyshev窄带通滤波、整系数带通滤波、自适应滤波及谐波小波滤波六种数字滤波器的传递函数，详细讨论了它们在动平衡测量中的应用情况，从实用性角度对其滤波性能和实现方法进行比较分析，提出了动平衡机数字滤波方法的选型依据；并分析了转子转速波动对动平衡精度的影响，指出了高精度动平衡机对转

4、速稳定的要求。(3)动平衡去重建模与自动对刀技术研究。针对电机转子的自动动平衡校正，对R型铣削和V型铣削校正方式进行了研究。考虑去重质量在转子周向、径向、轴向的分布以及圆周上分布的槽对实际去除不平衡量的影响，建立了精确的R型铣削去重模型；以去除金属量最少为目标函数，建立了单排刀具和多排刀具的V型铣削去重模型；并开发了两种去重方式的智能规划系统；提出并浙江大学博士学位论文摘要实现了基于刀具接触传感定位的高精度自动对刀系统，避免了由于转子(相同类型)直径变化以及刀具磨损引起的误差。基于上述策略的去重系统已成功用于我所开发的两工位全自动动平衡机，一次去重率可达90％。(4)多工位全自动动平衡机测控

5、系统建模。针对全自动动平衡机的测控特点以及可重构的要求，提出由上位机及测量控制器(DSP)、去重控制器、系统动作协调控制器(PLC)组成的基于PCI总线的f再级测控系统；将系统的协调控制分为动作级和系统级，动作级协调主要为全自动动平衡机平衡工艺动作的协调控制，系统级协调主要为上位机及各控制器之间的协调。实践表明，上述控制策略较好的发挥了上位机和各控制器的优势，达到了良好的测控效果。(5)全自动动平衡机计算机辅助设计方法研究。对多工位全自动动平衡机整机进行了系统分析，提出了多工位全自动动平衡机整机布局设计及功能结构单元模块划分的策略，建立了可重构的多工位全自动动平衡机机电一体化产品模型；研究并

6、建立了全自动动平衡机的设计目标体系和分析模型，开发了面向客户定制的全自动动平衡机快速设计平台原型系统。应用上述技术和方法开发了基于DSP技术的自适应动平衡机和两工位全自动动平衡机物理样机。样机试验结果表明，本文所建立的全自动动平衡机设计理论和模型是准确的，所研制的全自动动平衡机主要性能指标达到了预期的目标。关键词：多工位全自动动平衡机电机转子可重构产品设计模块划分动力学建模小信号测量去重建模协调控制物理样机II浙江大学博士学位论文多工位全自动动平衡机设计方法及关键技术研究ABSTRACTThisdissertationcombinessomecontentwhichhavebeenfinis

7、hedfortheHighTechnologyR&DProjectofChina"ResearchontheKeyTechnologyofHighPrecisionAutomaticCorrectionforBalancingMediumandSmall-s拓edMotorProducts”(GrantedNo．2002AA42111们andtheKeyTechnologyProgramofZhejiangP