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SMA驱动的转子在线动平衡装置设计与研究

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随着现代工业的发展需求,旋转机械正朝着高速、精密、自动化方向发展。高速转子往往会由于不平衡量产生振动,为有效抑制转子运转过程中不平衡引起的振动,在线动平衡技术的作用就显得很重要。作为一种能够“记忆”初始形状的智能材料,形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,SMA)依靠其形状记忆效应与超弹性的独特性质,在现代工业、医学等领域获得广泛的应用。本文通过将NiTi材料构成的SMA作为驱动部件并将其应用于新型动平衡装置,对SMA的力学性能与电热驱动机理进行了研究。并从动平衡装置驱动配重的方式入手,通过设计SMA驱动的在线动平衡装置,实现高速转子系统在线振动抑制的目的。本文主要开展基于SMA驱动配重的动平衡装置的研究,主要内容如下: 首先,研究了SMA形状记忆效应及驱动机理,并研究了螺旋弹簧型SMA的力学特性;由于SMA的形状记忆效应依靠温度变化实现,研究了SMA弹簧的温度、变形与力学关系,得出了SMA弹簧的变形模型;研究推导了SMA弹簧在电流热效应下的电热升温模型。 其次,根据转子动平衡基本理论,设计一种由SMA弹簧驱动配重进行不平衡量调节的主动动平衡装置,并对动平衡装置内承载配重的配重质量块提供的配重量进行了详细分析;又对动平衡装置的配重效能进行了分析,对动平衡装置在应用状态的力学特性进行了分析计算,保证装置结构部分运行时的安全可靠性。 最后,对SMA弹簧在电流热效应下的驱动特性进行了实验与理论拟合研究;对动平衡装置在SMA弹簧驱动下产生的配重效能进行了实验分析;基于动平衡装置特性,对整体驱动下动平衡装置的控制策略进行了研究;并搭建转子动平衡实验平台,开展了动平衡实验,验证了该动平衡装置的有效性。 总体而言,本文设计了一种新型驱动方式的动平衡装置,并实验验证了该动平衡装置的有效性。该动平衡装置结构简单,且易于控制,为旋转机械在线动平衡实施提供了技术支撑。

李忠正

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高速转子 形状记忆 SMA驱动 动平衡装置

硕士

机械工程

章云姚、洪志

2021

西安电子科技大学

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