第1章 绪论 1
1.1机床主轴在装备制造业中的地位 1
1.2机床主轴高精度平衡面临的挑战 2
1.3机床主轴动平衡现状及发展趋势 4
1.3.1动平衡识别方法 4
1.3.2在线自动平衡技术 8
1.4本书目的 11
第2章 机床主轴动平衡基础 12
2.1机床电主轴介绍 12
2.1.1电主轴结构及技术特点 12
2.1.2电主轴的技术优势 13
2.2机床主轴不平衡特征及平衡标准 14
2.2.1主轴不平衡机理特征 15
2.2.2主轴动平衡品质及评价标准 18
2.3机床主轴动平衡基本实现方法 19
2.3.1影响系数法 20
2.3.2其他平衡方法 21
2.4机床主轴动平衡精度影响因素分析 25
2.4.1系统非不平衡故障的影响 26
2.4.2主轴系统特性与平衡理论假设之间的差异 27
第3章 主轴不平衡行为的力学分析及参数识别 30
3.1主轴轴承系统动力学建模 30
3.1.1轴承刚度计算 30
3.1.2复合预紧力计算 32
3.2主轴系统动力学模型及不平衡响应 33
3.2.1主轴单元分析 33
3.2.2系统运动方程 36
3.2.3临界转速与不平衡响应计算 36
3.3基于反问题数学模型的不平衡识别 38
3.3.1连续不平衡处理 39
3.3.2反问题数学模型 40
3.3.3仿真与实例分析 41
3.4不平衡求解中的病态问题研究 44
3.4.1不平衡平面组相关性定义 44
3.4.2基于基平面的不平衡力等效原则 46
3.4.3仿真及实验验证 51
3.5基于优化算法的不平衡识别策略 54
3.5.1优化问题构造 55
3.5.2粒子群算法 55
第4章 基于模态分析的主轴不平衡振动抑制策略 59
4.1模态不平衡力等效原则 59
4.2基于低阶模态分析的振动抑制策略 61
4.2.1基于低阶模态力平衡的无试重方法 62
4.2.2主轴实验台仿真 63
4.3基于低阶模态分析的简化振动抑制策略 64
4.3.1基于模态力的反问题算法重构 64
4.3.2仿真与实验验证 66
4.4基于多阶模态分析的振动抑制策略 69
4.4.1基于多阶模态分析的无试重动平衡方法 69
4.4.2主轴实验台仿真 71
4.5不平衡振动抑制策略比较分析 72
4.5.1不同动平衡方法优缺点分析 72
4.5.2仿真与实验验证 73
第5章 动平衡中各向异性问题研究及平衡目标优化 77
5.1各向异性转子不平衡响应及其对初相矢的影响 77
5.1.1各向异性转子不平衡响应及其对初相矢的影响 77
5.1.2仿真计算及分析 81
5.2转子进动特性分析及等效初相矢构建 83
5.2.1椭圆轨迹下转子进动特性分析 83
5.2.2等效初相矢的构建原理 84
5.3基于等效初相矢的改进全息动平衡方法 87
5.4动平衡实例验证 88
5.4.1等效初相矢有效性验证 88
5.4.2现场动平衡验证 91
第6章 机床主轴动平衡在线调整技术 94
6.1动平衡调整技术概述 94
6.1.1离线动平衡 94
6.1.2现场动平衡 95
6.1.3在线动平衡 96
6.2注液式在线自动平衡控制技术 98
6.2.1工作原理及平衡终端设计 99
6.2.2平衡装置测控系统设计 100
6.2.3平衡装置性能分析 102
6.2.4平衡系统喷液精度分析 105
6.2.5控制策略及系统验证 106
6.3压电式在线自动平衡控制技术 109
6.3.1压电式在线动平衡装置的整体实现方案 109
6.3.2压电式调整机构的结构设计与工作机理 110
6.3.3非接触感应式电能传输系统的设计 113
6.4其他在线自动平衡控制技术 115
6.4.1电机驱动式在线动平衡技术 115
6.4.2电磁式在线动平衡技术 117
6.5便携式现场动平衡测试仪 118
第7章 主轴振动信号分析与特征提取技术 121
7.1全息谱故障诊断技术 121
7.1.1二维全息谱 121
7.1.2三维全息谱 122
7.2误差分离技术在全息故障诊断中的应用 123
7.2.1截面轮廓误差对全息谱的影响分析 123
7.2.2三点法误差分离技术及其优化 124
7.2.3误差分离技术在全息谱中应用 129
7.3基于谐波小波的振动信号提纯技术 132
7.3.1谐波小波滤波原理 132
7.3.2主轴回转误差的提纯 133
7.3.3主轴失衡振动提取 137
7.4基于转频振动消减原理的失衡振动提取技术 141
7.4.1转频振动消减原理 141
7.4.2实验验证 143
7.5基于自适应滤波方法的快变失衡振动提取技术 145
7.5.1基于NLMS算法的失衡振动提取技术 145
7.5.2基于RLS算法的失衡振动提取技术 149
第8章 机床主轴动平衡综合状态测控系统 154
8.1主轴状态综合监测技术概述 154
8.1.1振动测试传感器 154
8.1.2国内外主轴状态监测技术 155
8.2测控系统总体方案 157
8.3测控系统硬件设计 160
8.3.1硬件总体架构 160
8.3.2硬件参数设计 161
8.3.3采样控制电路 162
8.4测控系统软件设计 163
8.4.1软件总体架构 163
8.4.2软件设计关键技术 164
8.5测控系统实现 170
8.6实例验证 171
8.6.1 150SD40Q7型高速主轴测试 171
8.6.2 HF1704A20型主轴测试 173
参考文献 177