Torsional vibration analysis of lathe spindle system with unbalanced workpiece

For the purpose of analyzing the torsional vibration caused by the gravitational unbalance torque arisen in a spindle system when it is machining heavy work piece,a 10-DOF lumped parameter model was made for the machine tool spindle system with geared transmission.By using the elementary method and Runge-Kutta method in Matlab,the eigenvalue problem was solved and the pure torsional vibration responses were obtained and examined.The results show that the spindle system cannot operate in the desired constant rotating speed as far as the gravitational unbalance torque is engaged,so it may cause bad effect on machining accuracy.And the torsional vibration increases infinitely near the resonant frequencies,so the spindle system cannot operate normally during these spindle speed ranges.

三自由度气浮台自动平衡系统动力学建模

为了在地面模拟卫星的姿态运动,三自由度气浮台的回转中心应与重心重合,并且各轴与对应卫星各轴应具有相等的转动惯量,实现1∶1模拟,这样执行机构的控制力矩矢量与实际卫星相同;或两者的角加速度相一致,以模拟卫星在外层空间所受干扰力矩很小的力学环境。当重心相对于回转中心存在漂移时产生静态不平衡;主惯性轴相对于回转轴存在漂移时会产生动态不平衡。该文阐述了三自由度气浮台的平衡步骤以及手动平衡和自动平衡技术,推导了三自由度气浮台自动平衡动力学公式,并对平衡过程进行了数值仿真,仿真结果表明自动平衡调节可以使平台浮起部分的摆动周期延长至约1300 s。

卫星大型旋转载荷动平衡控制应用研究

卫星携带的转动体的动不平衡对星体产生非期望的干扰力矩,进而影响卫星姿态,为此在卫星高品质运动控制中必须对转动体的动平衡特性进行控制。本文在建立卫星多挠性体姿态动力学模型的同时,分析了动平衡检测在转动体残余干扰力矩分析中的应用,提出了大型旋转载荷动平衡控制方法和流程,最后通过实际工程应用情况,验证了该动平衡控制方法和流程的实用性和有效性。

3自由度气浮台力学性能研究——关于不平衡力矩的补偿

提出了一种气浮台自重变形引起的不平衡力矩的补偿方法,即将气浮台平台质心与回转中心在垂直方向相距以微小距离,从而使气浮台的刚体质心与回转中心不重合产生的不平衡力矩与平台自重变形引起的不平衡力矩在气浮台水平两角最大工作范围处相互抵消。采用航天器姿态动力学理论讨论了补偿后的最大不平衡力矩变化规律,论证了此种补偿方法适用于气浮台绕水平面内过回转中心的任意轴旋转的情况。计算结果表明,当工作范围为±25°时,补偿后的最大不平衡力矩仅为补偿前的1／25。

电网电压不平衡且谐波畸变时双馈风电机组转矩波动抑制

针对并网点电压不平衡且同时含有5次、7次等电力谐波的弱电网运行环境,建立了双馈感应发电机(DFIG)的完整数学模型,评估了负序和谐波电压成分对DFIG电磁转矩以及定子输出有功、无功功率的负面影响,进而提出了一种转矩波动抑制策略。给出了相应的转子电流指令算法,并设计了比例—积分—双频谐振(PI-DFR)电流控制器,其可在无需转子电流相序分解的前提下实现对基波正序、负序及谐波分量的有效、快速调节。实验结果表明,所提出的控制方案能够明显抑制恶劣电网条件下DFIG的电磁转矩波动,从而提高风电机组在电网故障时的不脱网运行能力。

3自由度气浮台力学性能研究——关于自重作用下不平衡力矩的分析

根据航天器姿态运动理论和弹性力学薄板弯曲理论,推导出重力作用下的有限元单元质心位移公式和结构整体质心弹性位移公式,计算了3自由度气浮台平台的自重变形引起的质心弹性位移和由此产生的不平衡力矩。对计算结果分析表明气浮台自重变形产生的不平衡力矩的原因是结构各方向的刚度不等,并给出了气浮台在任意欧拉角时的不平衡力矩公式。当气浮台绕水平轴旋转时,不平衡力矩呈正弦变化,俯仰或滚动角为45°时力矩达到最大值。

电网电压三相不平衡时CVUF相角因素对异步电机运行性能影响

电网电压不平衡会对异步电动机的运行造成不良影响,因此研究三相电网电压不平衡时复数电压不平衡度(CVUF)的相角因素对异步电动机运行性能的影响。首先分析了三相绕组电压幅值、相位和CVUF间的关系,基于此,以1台5.5 kW Y132S-4异步电动机为例,在正序电压380 V、CVUF幅值恒定以及75%负载条件下,分析了CVUF相角因素对异步电机的定子电流、损耗、转矩性能的影响。结果表明:异步电机定子三相电流均随CVUF相角呈正弦规律变化,为避免带载能力下降过多及绕组过热,异步电机应避免运行在定子电流最大值处;CVUF相角对各项损耗、起动性能及稳态转矩脉动分量影响较小。最后计算了不同电压平衡条件下的异步电机三相定子电流和内部各项损耗,结果与实测结果基本一致,证明了理论分析的正确性。

3自由度气浮台力学性能研究--自重作用下平台结构平衡敏感性分析

基于运动弹性动力学理论建立3自由度气浮台平台的力学模型。根据航天器姿态动力学理论推导出自重作用下在气浮台姿态变化过程中平台质心变化公式和所需配重公式,从而获得气浮台平台不平衡力矩的计算公式。应用有限元法计算不同结构参数值组合时平台自重变形产生的不平衡力矩;探究结构各方向刚度相同时参数的变化对不平衡力矩的影响,提出使平台结构不平衡力矩为零的平衡点概念;分析平台结构参数变化对不平衡力矩影响大小即平衡敏感性与平台结构刚度之间的关系。结果表明,平台结构中存在许多使平台各方向刚度相等从而不产生不平衡力矩的平衡点。在每个平衡点处,结构参数值的略微变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响相差很大。结构刚度越大,结构参数值变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响越小,即平衡敏感性越低。

重力引起的3自由度气浮台各类不平衡力矩关系及影响

为了提高3自由度气浮台的仿真精度,减小重力引起不平衡力矩的影响,提出气浮台弹性不平衡力矩的计算及补偿方法。建立气浮台重力引起的静态、弹性、重力梯度和总不平衡力矩的计算模型,分析重力引起的各类不平衡力矩关系及影响。通过对比发现气浮台质心位置相对回转中心较远时,静态不平衡力矩起主要作用。随着质心位置接近回转中心,弹性不平衡力矩逐渐成为影响气浮台平衡的主要因素,此时质心位置与回转中心距离的减小已不起作用,说明弹性不平衡力矩是制约气浮台精度提高的主要因素。提出静态不平衡力矩与弹性不平衡力矩相互补偿的原理,给出自动调平衡系统补偿算法。试验结果表明采用补偿方法是减小气浮台不平衡力矩的有效措施。

三轴气浮台自动调节平衡和干扰力矩测试

三轴气浮台是在地面模拟卫星姿态运动的支撑平台.为有效进行卫星地面模拟仿真,模拟卫星在外层空间的小干扰力矩力学环境,首先分析气浮台扰动力矩,针对重心相对于回转中心存在漂移时产生静态不平衡,及主惯性轴相对于回转轴存在漂移时会产生动态不平衡的问题,采用先手动平衡再自动平衡的方法,调节气浮台平衡;然后给出三自由度气浮台自动平衡动力学方程,在平衡调整基础上,用有效的测试手段测试气浮台的台体水平度、静不平衡力矩、干扰力矩等,为小卫星姿态控制系统的仿真提供一个有效的、精确的实验平台.

电网电压不平衡条件下双馈风力发电机转矩脉动抑制研究

针对电网电压不平衡条件下双馈风力发电系统产生转矩脉动对变速齿轮箱及风力发电系统的严重危害,本文以抑制电磁转矩脉动为目标提出基于正负序分量分离的双电流环控制策略,对转子侧变流器进行矢量控制,即在正序旋转坐标系下对转子电流的正序分量进行控制以实现有功功率和无功功率的独立调节和最大功率追踪,在负序旋转坐标系下对转子电流的负序分量进行控制以实现电磁转矩脉动的有效抑制。仿真分析和实验结果均表明该控制策略可有效抑制电磁转矩脉动,对实际风电场获得良好的并网发电性能具有很好的指导意义。

考虑转矩失衡的双馈感应风电机组低电压穿越控制研究

目前双馈感应风电机组(DFIG)主要通过配备主动式Crowbar保护来实现低电压穿越(LVRT),由于电网扰动将打破风电机组原有的转矩平衡条件,由此可能导致风电机组转子加速至超速保护动作值,触发超速保护动作,致使风电机组发生超速脱网,无法实现故障穿越。本文分析了dq坐标系下DFIG的数学模型和功率解耦控制原理,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建的DFIG联网仿真系统,仿真分析了因转矩失衡导致机组超速脱网的LVRT失败过程,表明机电暂态过程对机组LVRT有重要影响。继而提出一种故障期间重启转子变流器、恢复机组功率控制的改进LVRT控制策略,仿真结果表明了改进控制策略的有效性。

一种消除双馈电机转矩脉动的磁场重构方法

电网电压不平衡和电网电压谐波会恶化风力发电中双馈电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)的性能,并且在电机中引入转矩脉动。本文从电磁场的角度,提出了一种双馈电机内部磁场重构方法(Field Reconstruction Method,FRM),通过对转子电流的优化选择来减轻转矩脉动。文章首先阐述了转矩脉动的危害及传统解决办法,分析了电压不平衡和电压谐波对DFIG性能造成影响的机理,最后提出了实现转子电流优化的流程。

一种估算测扭基准轴不平衡量的试验方法

对涡轴发动机动力涡轮转子测扭基准轴的不平衡量进行了研究,提出了一种通过高速动平衡试验估算出测扭基准轴不平衡量的试验方法。结果表明:测扭基准轴的不平衡量虽然不是转子高速动平衡的决定性因素,但影响到传动轴的动平衡。因此,控制测扭基准轴的不平衡量仍然是有必要的。最终提出一些合理的建议。

三轴气浮台中伞形工作平台的设计及不平衡力矩研究

三轴气浮台是空间飞行器全物理仿真的核心设备,其工作平台的设计及自重下的不平衡力矩研究是采用三轴气浮台进行全物理仿真试验的重要保障。本文根据仿真试验的要求对其伞形工作平台进行了设计,然后基于运动弹性动力学理论建立了三轴气浮台的工作平台的力学模型,并推导出自重下在三轴气浮台进行姿态变化时的平台质心变化公式,从而获得了气浮台伞形工作台不平衡力矩的计算公式。通过公式对所设计的伞形工作平台不平衡力矩进行了计算,结果表明,不平衡力矩最大时为0.23×10-4N·m,能够很好地满足仿真要求,为下一步的仿真试验提供了良好的基础。

三自由度卫星气浮台自动平衡调整系统研究

针对目前手动调整卫星姿态运动仿真设备气浮台时,调节时间过长而且平台浮起部分摆动周期过短的问题,提出了三自由度气浮台自动平衡技术。本文重点推导了三自由度气浮台自动平衡力学公式,使用Simulink对该系统进行运动学建模,并对平衡过程进行了数值仿真。仿真结果得到了平台的角速度的运动曲线以及气浮台重心位置变化图,表明我们可通过测量平台的角速度和角度大小及周期来确定平台的不平衡力矩。

三轴气浮台桌面式平台与伞形平台性能比较

为了比较桌面式平台与伞形平台性能上的优劣,根据航天器动力学理论推导出三轴气浮台平台任意姿态下的不平衡力矩计算公式.将平台视为柔性体,基于运动弹性动力学方法推导出在气浮台姿态改变时平台自重变形导致的质心偏移量,并利用公式计算出桌面式平台和伞形平台在各种结构参数和载荷下的不平衡力矩,比较了桌面式平台和伞形平台的平衡敏感性和载荷适应性.计算结果表明,桌面式平台结构与伞形平台结构相比,在同一平衡点处结构各参数误差对平衡敏感性的影响小,桌面式平台比伞形平台载荷适应性好,在调整中更容易达到平衡.

解决板坯扇形段传动力矩非平衡的新思路

国外某钢厂板坯连铸机投产初期,浇钢过程中,扇形段2~6电机均为负力矩,扇形段7~11均为正力矩。负力矩引起制动单元温度升高,甚至"烧坏"制动电阻;过大的正力矩会导致电机发热,变频器掉电,甚至损坏电机。针对该问题,文章分析了包括电机转速、减速比、驱动辊直径、联轴器装配、在线对弧、辊缝、扇形段夹紧缸压力等设备运行情况并调整其参数到合理范围;同时分析了热坯压力、二次冷却强度等工艺原因对传动力矩的影响,并通过电机优化和变频器设置控制电机力矩和拉坯速度的调整,最终满足使用要求。

基于非支配排序遗传算法的涡轮发动机转子系统装配参数优化

为探究保障转子系统高温动平衡的最佳装配参数方法,掌握高温下动平衡的变化规律,提出转子系统各零件装配角矩阵的优化确定方法。基于高温工况下热-结构动平衡理论模型和零件材料特性随温度的非线性变化规律,建立转子系统动平衡随温度变化的解析方程;根据不同装配参数下系统不平衡量和偏移扭矩的差异,把高温动平衡优化问题转换为多目标多变量的优化问题,给出基于非支配排序遗传算法的解决方案;以某弹用涡轮发动机高压转子系统装配为例,在600℃工作环境下对所提方法进行验证,得到该工况下零件最佳装配角矩阵,以及最小化温度对转子系统动平衡的变化量影响,改善了装配质量特性。结果表明,零件装配角对高温工况下转子系统动平衡变化有很大的影响,通过装配参数优化可显著减少高温工况对多零件转子系统动平衡的影响。

电压变化对电励磁同步电动机的影响

介绍了同步电动机在三相对称电压下运行时电压变化对电动机的各项性能的影响以及在三相不对称电压下运行时电机的运行状态和产生的危害,通过分析,明确什么情况下是可以短时运行,什么情况下是必须停机检查的,对后续同步电动机的实际使用具有一定的指导作用。