第三屆上銀優(yōu)秀機(jī)械博士論文摘要選登

論文名稱：高速主軸動(dòng)平衡及其在線控制技術(shù)研究

論文作者：西安交通大學(xué)/ 章云

指導(dǎo)教師：梅雪松《研究領(lǐng)域：高速、高精度機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與控制；激光精密加工理論與方法；數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)特性測(cè)試與分析》

高速主軸系統(tǒng)是高檔數(shù)控機(jī)床的核心功能部件，由于裝配工藝、變工況以及磨損等因素，主軸通常處于不平衡狀態(tài)，而不平衡引起的主軸振動(dòng)會(huì)直接影響加工質(zhì)量，甚至導(dǎo)致主軸組件損壞。因此，如何控制主軸不平衡振動(dòng)是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。

針對(duì)主軸振動(dòng)測(cè)試與特征提取問(wèn)題，論文分析了主軸回轉(zhuǎn)誤差分離原理，提出了三點(diǎn)法誤差分離技術(shù)中諧波抑制補(bǔ)償及優(yōu)化方法，有效提升了回轉(zhuǎn)誤差分離精度；進(jìn)而提出了一種基于誤差分離技術(shù)的全息譜故障定性診斷方法，實(shí)現(xiàn)了全息譜中虛假信號(hào)的剔除；最后，分別基于轉(zhuǎn)頻振動(dòng)消減和自適應(yīng)濾波技術(shù)提出了轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)精確提取方法，為不平衡故障定量分析奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

針對(duì)復(fù)雜支承下主軸不平衡表征問(wèn)題，論文基于動(dòng)力學(xué)模型建立了初相矢與不平衡量之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式，分析了各向異性支承對(duì)傳統(tǒng)初相矢的影響；其次，基于角動(dòng)量守恒定律構(gòu)建了等效初相矢，并以此為平衡目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了各向異性支承主軸不平衡量的準(zhǔn)確表征；最后，提出了基于等效初相矢的改進(jìn)全息動(dòng)平衡方法，并通過(guò)主軸動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法相對(duì)于傳統(tǒng)動(dòng)平衡方法的優(yōu)越性。

針對(duì)機(jī)床主軸不平衡量無(wú)試重識(shí)別問(wèn)題，論文采用有限元結(jié)點(diǎn)受力來(lái)描述主軸連續(xù)不平衡分布狀態(tài)，提出了基于擴(kuò)展動(dòng)力學(xué)矩陣的低速、無(wú)試重動(dòng)平衡方法，實(shí)現(xiàn)了分布式不平衡的完整識(shí)別；進(jìn)而基于主軸撓曲運(yùn)動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)了分布式不平衡的模態(tài)集中校正；最后，提出了一種基于模型縮減原理的無(wú)試重動(dòng)平衡方法，實(shí)現(xiàn)在工作轉(zhuǎn)速下不平衡的快速識(shí)別，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其有效性。

針對(duì)機(jī)床主軸在線自動(dòng)平衡控制問(wèn)題，論文闡述了高速主軸噴液式在線自動(dòng)平衡裝置的工作原理及其平衡終端結(jié)構(gòu)特性，實(shí)現(xiàn)平衡終端的輕量化設(shè)計(jì)；優(yōu)化了液壓系統(tǒng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了噴液量的精密控制；進(jìn)而提出了考慮首次試重預(yù)估的迭代矢量反饋平衡策略，實(shí)現(xiàn)了主軸高效、高精度在線自動(dòng)平衡；最后，研制了高速主軸動(dòng)平衡綜合測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了主軸動(dòng)態(tài)特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障了主軸動(dòng)平衡的有效實(shí)施。

本文所論述的機(jī)床主軸不平衡振動(dòng)提取、不平衡精確識(shí)別方法以及在線自動(dòng)平衡控制技術(shù)能有效保障機(jī)床主軸的平穩(wěn)、精確運(yùn)行，對(duì)于提升高檔數(shù)控機(jī)床制造水平具有一定的理論意義與工程價(jià)值。

論文名稱：介電彈性材料驅(qū)動(dòng)器的力電耦合機(jī)理及穩(wěn)定性研究

論文作者：西安交通大學(xué)/ 李博

指導(dǎo)教師：陳花玲《研究領(lǐng)域：智能材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造，機(jī)械振動(dòng)噪聲控制理論和技術(shù)》

介電彈性體（Dielectric Elastomer，DE）是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型功能材料，其特點(diǎn)是能夠在外界的電激勵(lì)下產(chǎn)生快速大變形的行為，因此可應(yīng)用于各種智能驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)中。鑒于目前對(duì)該材料的力電耦合性能缺乏深入的理論研究，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于材料的失效規(guī)律難以掌握及控制，限制了其在工程中的推廣和使用。因此，本文以DE材料為主要研究對(duì)象，著重分析其力電耦合下的機(jī)理和穩(wěn)定性特性。

本文研究了DE材料驅(qū)動(dòng)器的變形機(jī)理，DE材料在預(yù)拉伸下的力電耦合變形行為，DE材料在摻雜了陶瓷材料后的力電耦合性能，DE材料在電荷驅(qū)動(dòng)下的電致變形現(xiàn)象，DE材料自身粘彈性力學(xué)特性對(duì)其電致變形的影響，以及DE材料驅(qū)動(dòng)器在單軸、等雙軸、純剪切三種變形模式下，材料的電致變形過(guò)程。通過(guò)理論建模和實(shí)驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合的方法，得到了非線性的系統(tǒng)本構(gòu)方程，提出制約取向極化的理論，給出了DE材料在驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)制造和使用過(guò)程中的安全準(zhǔn)則和控制方法，對(duì)新型驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了參考依據(jù)和指導(dǎo)意義。