第三届上银优秀机械博士论文摘要选登

论文名称：高速主轴动平衡及其在线控制技术研究

论文作者：西安交通大学/ 章云

指导教师：梅雪松《研究领域：高速、高精度机电系统实现与控制；激光精密加工理论与方法；数控机床动态特性测试与分析》

高速主轴系统是高档数控机床的核心功能部件，由于装配工艺、变工况以及磨损等因素，主轴通常处于不平衡状态，而不平衡引起的主轴振动会直接影响加工质量，甚至导致主轴组件损坏。因此，如何控制主轴不平衡振动是一个非常关键的问题。

针对主轴振动测试与特征提取问题，论文分析了主轴回转误差分离原理，提出了三点法误差分离技术中谐波抑制补偿及优化方法，有效提升了回转误差分离精度；进而提出了一种基于误差分离技术的全息谱故障定性诊断方法，实现了全息谱中虚假信号的剔除；最后，分别基于转频振动消减和自适应滤波技术提出了转子不平衡响应精确提取方法，为不平衡故障定量分析奠定技术基础。

针对复杂支承下主轴不平衡表征问题，论文基于动力学模型建立了初相矢与不平衡量之间的数学表达式，分析了各向异性支承对传统初相矢的影响；其次，基于角动量守恒定律构建了等效初相矢，并以此为平衡目标，实现了各向异性支承主轴不平衡量的准确表征；最后，提出了基于等效初相矢的改进全息动平衡方法，并通过主轴动平衡实验验证了该方法相对于传统动平衡方法的优越性。

针对机床主轴不平衡量无试重识别问题，论文采用有限元结点受力来描述主轴连续不平衡分布状态，提出了基于扩展动力学矩阵的低速、无试重动平衡方法，实现了分布式不平衡的完整识别；进而基于主轴挠曲运动分析，实现了分布式不平衡的模态集中校正；最后，提出了一种基于模型缩减原理的无试重动平衡方法，实现在工作转速下不平衡的快速识别，实验结果验证了其有效性。

针对机床主轴在线自动平衡控制问题，论文阐述了高速主轴喷液式在线自动平衡装置的工作原理及其平衡终端结构特性，实现平衡终端的轻量化设计；优化了液压系统参数，实现了喷液量的精密控制；进而提出了考虑首次试重预估的迭代矢量反馈平衡策略，实现了主轴高效、高精度在线自动平衡；最后，研制了高速主轴动平衡综合测控系统，实现了主轴动态特性的实时监测，保障了主轴动平衡的有效实施。

本文所论述的机床主轴不平衡振动提取、不平衡精确识别方法以及在线自动平衡控制技术能有效保障机床主轴的平稳、精确运行，对于提升高档数控机床制造水平具有一定的理论意义与工程价值。

论文名称：介电弹性材料驱动器的力电耦合机理及稳定性研究

论文作者：西安交通大学/ 李博

指导教师：陈花玲《研究领域：智能材料结构的设计和制造，机械振动噪声控制理论和技术》

介电弹性体（Dielectric Elastomer，DE）是一种具有广泛应用前景的新型功能材料，其特点是能够在外界的电激励下产生快速大变形的行为，因此可应用于各种智能驱动器结构中。鉴于目前对该材料的力电耦合性能缺乏深入的理论研究，导致实际应用中对于材料的失效规律难以掌握及控制，限制了其在工程中的推广和使用。因此，本文以DE材料为主要研究对象，着重分析其力电耦合下的机理和稳定性特性。

本文研究了DE材料驱动器的变形机理，DE材料在预拉伸下的力电耦合变形行为，DE材料在掺杂了陶瓷材料后的力电耦合性能，DE材料在电荷驱动下的电致变形现象，DE材料自身粘弹性力学特性对其电致变形的影响，以及DE材料驱动器在单轴、等双轴、纯剪切三种变形模式下，材料的电致变形过程。通过理论建模和实验测量相结合的方法，得到了非线性的系统本构方程，提出制约取向极化的理论，给出了DE材料在驱动器设计制造和使用过程中的安全准则和控制方法，对新型驱动器结构的发展提供了参考依据和指导意义。