第三屆上銀優秀機械博士論文摘要選登

論文名稱：高速主軸動平衡及其在線控制技術研究

論文作者：西安交通大學/ 章云

指導教師：梅雪松《研究領域：高速、高精度機電系統實現與控制；激光精密加工理論與方法；數控機床動態特性測試與分析》

高速主軸系統是高檔數控機床的核心功能部件，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，而不平衡引起的主軸振動會直接影響加工質量，甚至導致主軸組件損壞。因此，如何控制主軸不平衡振動是一個非常關鍵的問題。

針對主軸振動測試與特征提取問題，論文分析了主軸回轉誤差分離原理，提出了三點法誤差分離技術中諧波抑制補償及優化方法，有效提升了回轉誤差分離精度；進而提出了一種基于誤差分離技術的全息譜故障定性診斷方法，實現了全息譜中虛假信號的剔除；最后，分別基于轉頻振動消減和自適應濾波技術提出了轉子不平衡響應精確提取方法，為不平衡故障定量分析奠定技術基礎。

針對復雜支承下主軸不平衡表征問題，論文基于動力學模型建立了初相矢與不平衡量之間的數學表達式，分析了各向異性支承對傳統初相矢的影響；其次，基于角動量守恒定律構建了等效初相矢，并以此為平衡目標，實現了各向異性支承主軸不平衡量的準確表征；最后，提出了基于等效初相矢的改進全息動平衡方法，并通過主軸動平衡實驗驗證了該方法相對于傳統動平衡方法的優越性。

針對機床主軸不平衡量無試重識別問題，論文采用有限元結點受力來描述主軸連續不平衡分布狀態，提出了基于擴展動力學矩陣的低速、無試重動平衡方法，實現了分布式不平衡的完整識別；進而基于主軸撓曲運動分析，實現了分布式不平衡的模態集中校正；最后，提出了一種基于模型縮減原理的無試重動平衡方法，實現在工作轉速下不平衡的快速識別，實驗結果驗證了其有效性。

針對機床主軸在線自動平衡控制問題，論文闡述了高速主軸噴液式在線自動平衡裝置的工作原理及其平衡終端結構特性，實現平衡終端的輕量化設計；優化了液壓系統參數，實現了噴液量的精密控制；進而提出了考慮首次試重預估的迭代矢量反饋平衡策略，實現了主軸高效、高精度在線自動平衡；最后，研制了高速主軸動平衡綜合測控系統，實現了主軸動態特性的實時監測，保障了主軸動平衡的有效實施。

本文所論述的機床主軸不平衡振動提取、不平衡精確識別方法以及在線自動平衡控制技術能有效保障機床主軸的平穩、精確運行，對于提升高檔數控機床制造水平具有一定的理論意義與工程價值。

論文名稱：介電彈性材料驅動器的力電耦合機理及穩定性研究

論文作者：西安交通大學/ 李博

指導教師：陳花玲《研究領域：智能材料結構的設計和制造，機械振動噪聲控制理論和技術》

介電彈性體（Dielectric Elastomer，DE）是一種具有廣泛應用前景的新型功能材料，其特點是能夠在外界的電激勵下產生快速大變形的行為，因此可應用于各種智能驅動器結構中。鑒于目前對該材料的力電耦合性能缺乏深入的理論研究，導致實際應用中對于材料的失效規律難以掌握及控制，限制了其在工程中的推廣和使用。因此，本文以DE材料為主要研究對象，著重分析其力電耦合下的機理和穩定性特性。

本文研究了DE材料驅動器的變形機理，DE材料在預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材料在電荷驅動下的電致變形現象，DE材料自身粘彈性力學特性對其電致變形的影響，以及DE材料驅動器在單軸、等雙軸、純剪切三種變形模式下，材料的電致變形過程。通過理論建模和實驗測量相結合的方法，得到了非線性的系統本構方程，提出制約取向極化的理論，給出了DE材料在驅動器設計制造和使用過程中的安全準則和控制方法，對新型驅動器結構的發展提供了參考依據和指導意義。