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基于多学科统一建模的精密离心机动态半径误差分离仿真研究
作 者: 成永博
导 师: 卢永刚
学 校: 中国工程物理研究院
专 业: 武器系统与运用工程
关键词: 精密离心机动态半径 多学科建模 回转误差 离心载荷 环境温度变化
分类号: TN966
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
精密离心机是惯性仪表校准、检测的主要设备之一,其精度水平直接决定了被校准仪表设备的精度。动态半径是影响精密离心机精度的重要指标之一。而通常采用的测量法无法得到动态半径的准确值;因此,如何得到真实、准确的动态半径值,是精密离心机研发中的重点与难点之一本文基于中物院总体所“高精度惯性仪表校准、检测装置研制及应用”专项中离心机精度研制需求,在学习国内外关于动态半径测试研究内容的基础上总结出影响精密离心机动态半径的四个因素:主轴回转误差、离心载荷、环境温度变化、转盘外圆柱面加工制造误差;为了充分研究这四个因素对动态半径的影响规律,基于多学科多因素建模思想提出了动态半径多因素综合模型,并分别研究了各因素单独及综合作用下动态半径的变化规律。离心机转子由于加工制造误差使得其质心偏离几何中心而动态下受到惯性力和惯性力矩作用出现回转误差。本文针对该部分先进行理论分析,建立了给定结构误差时的回转误差幅值计算模型,并分析得到回转误差幅值随转速的线性变化规律;然后,采用多体动力学仿真软件LMS Virtual.ab Motion进一步分析得到给定结构误差时径向回转误差的谐波变化曲线,其幅值与理论计算相等;同时,主轴圆柱回转与圆锥回转模式也得到了验证。离心载荷和环境温度变化对动态半径的影响与转盘结构相关。文中先给出了几种转盘结构模型,并逐个分析计算了其在离心载荷和温度载荷作用下的变形规律,通过研究确定了整体载荷性能优良的转盘结构形式。然后以转盘形位误差测试结果为基础,建立了形位误差仿真曲线,为动态半径综合仿真奠定了基础。最后,提出了动态半径多学科综合模型,并采用正交试验法确定了给定转盘结构时离心载荷和环境温度变化是影响离心机动态半径的主要因素;其中,离心载荷影响最大。然后,将分析得到的综合动态半径与测试结果进行对比;结果表明,本文提出的动态半径综合模型在负载安装位置和实验数据吻合较高;从整体看,高g值下除小部分数据点外其余均能较好符合动态半径变化趋势及幅值,低g值下符合性差些。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第一章 绪论 9-20 1.1 研究背景与意义 9-10 1.2 精密离心机研究现状 10-11 1.3 精密离心机半径研究现状 11-18 1.3.1 精密离心机半径的测试研究 11-15 1.3.2 精密离心机转盘结构研究 15-17 1.3.3 回转误差研究 17 1.3.4 精密离心机半径研究小结 17-18 1.4 本文研究内容 18-20 第二章 精密离心机动态半径多因素建模方法的提出 20-25 2.1 精密离心机动态半径分析必要性 20-22 2.1.1 精密离心机加速度模型 20-21 2.1.2 精密离心机动态半径影响因素分析 21-22 2.1.3 精密离心机加速度误差修正补偿基本原理 22 2.2 精密离心机动态半径多因素建模的提出 22-24 2.3 本章小结 24-25 第三章 精密离心机主轴回转误差建模及规律分析 25-42 3.1 主轴回转误差理论建模及分析 25-34 3.1.1 精密离心机基本主轴结构 25 3.1.2 静压气体轴承特性 25-26 3.1.3 主轴回转误差理论建模 26-30 3.1.4 主轴回转运动误差规律分析 30-34 3.2 基于多体动力学的主轴回转误差仿真研究 34-41 3.2.1 仿真模型 34 3.2.2 动力学仿真要素及仿真工况 34-35 3.2.3 仿真结果规律分析 35-41 3.3 本章小结 41-42 第四章 精密离心机转盘转臂结构误差多因素影响规律分析 42-62 4.1 精密离心机转盘/转臂结构 42-43 4.2 离心载荷下转盘/转臂误差影响规律 43-53 4.2.1 实心加强转盘离心载荷作用变形规律分析 43-44 4.2.2 条形加强筋转盘离心载荷作用变形规律分析 44-46 4.2.3 锥形辐射式加强筋转盘离心载荷作用变形规律分析 46-47 4.2.4 过渡式转盘离心载荷作用变形规律分析 47-49 4.2.5 实心转臂离心载荷作用变形规律分析 49-50 4.2.6 镂空转臂离心载荷作用变形规律分析 50-51 4.2.7 离心载荷作用下转盘/转臂变形规律小结 51-52 4.2.8 离心载荷作用下负载对转盘变形的影响规律 52-53 4.3 温度变化时转盘/转臂边缘变形规律分析 53-60 4.3.1 实心加强转盘温度变化影响规律分析 54-55 4.3.2 条形加强筋转盘温度变化影响规律分析 55-56 4.3.3 锥形辐射式加强筋转盘温度变化影响规律分析 56 4.3.4 过渡式转盘温度变化影响规律分析 56-57 4.3.5 实心转臂温度变化影响规律分析 57-58 4.3.6 镂空转臂温度变化影响规律分析 58-59 4.3.7 温度变化对转盘转臂影响规律小结 59-60 4.4 转盘外轮廓形位误差分析 60-61 4.4.1 形位误差分析 60 4.4.2 形位误差和表面粗糙度综合影响规律 60-61 4.5 本章小结 61-62 第五章 精密离心机动态半径多学科统一建模及多因素影响规律综合分析与验证 62-69 5.1 动态半径综合模型 62-63 5.2 综合模型各因素影响规律分析 63-66 5.2.1 综合模型的正交试验仿真分析 63-65 5.2.2 正交试验结果分析 65-66 5.3 各因素影响规律总结 66 5.4 试验验证 66-68 5.5 本章小结 68-69 第六章 全文总结 69-71 致谢 71-72 参考文献 72-75 附录 75
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电导航 > 各种体制的导航系统
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