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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