HS-RNN在机械主轴振动预报方法中的研究

发布时间：2025-07-05 09:51

　　 机械主轴在高速运行过程中由于转子质量分布不均,造成主轴振动,从而影响其加工精度,因此常常采用动平衡方法来降低此类原因造成的振动。由于机械主轴长时间工作在变化频繁的工况条件下,难以在较短的时间内对主轴振动值进行准确调节,因此机械主轴振动预报模型对动平衡调节有着重要意义。机械主轴振动预报模型机理复杂,振动幅值具有随转速变化而非线性变化的特性,难以建立精确的机械主轴振动预报模型。且内置平衡块位置的选择忽略了变化工况对位置更新参数的影响,导致机械主轴振动预报模型精度较低。采用RNN(Recurrent Neural Network)递归神经网络建立机械主轴振动预报模型,对内置平衡块不同位置和主轴转速下的振动幅值预报,并引入HS(Harmony Search)和声搜索算法对平衡块位置参数通过自学习更新,从而提高机械主轴振动预报模型的精度。实验结果表明,提出的基于HSRNN的机械主轴振动预报方法能够自动确定网络结构,并对机械主轴的振动幅值进行准确预报。

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【部分图文】：

图1 机械主轴动平衡过程工艺流程图

一典型的机械主轴动平衡振动预报过程示意图，如图1所示。首先，在机械主轴运行过程中，通过安装在主轴外侧的加速度传感器采集主轴当前时刻的转速和振动信号。由于振动由多种因素引起，所以此时的振动信号非常复杂，需要通过信号处理模块提取与当前主轴转速相同频率的振动信号，并将提取出的振动幅值与....

图2 机械主轴轴向、径向振动状态图

机械主轴的平衡控制器的主要作用是计算不平衡量，但是传统的靠经验公式施加负载的方法并不能有效地解决这一问题，而引入的机械电主轴的振动预报模型可准确预报不平衡状态下的主轴振动幅值。机械电主轴转子力学特性，如图2所示。在主轴运行过程中，其机械主轴高速运转会产生很大的离心力，该离心力与不....

图3 不同转速下转子振动幅值随平衡块B所在的位置的变化曲线

上述对机械主轴的运动特性分析可以看出，通过内置平衡块角度SA、SB可调节主轴振动幅值，由式（1）～式（2）可以看出主轴振动幅值Ac与转速n、内置平衡头角度SA、内置平衡头角度SB有关，随着Ac的逐渐变化，内置平衡块SA、SB也随之改变，不同转速下转子的振动幅值随平衡块B所在位置的....

图4 基于HS-RNN机械主轴振动预报模型的算法策略图

RNN递归神经网络最大的优点就是可以有效解决复杂工业环境下的非线性问题，并且兼备具有样本小，计算简单，处理非线性问题拟合的能力。但是由于权值和阈值在初始化过程中具有极大随机性，很容易在重复的训练过程中得到的实际值与预报值有较大偏差，为了保证模型的准确性，应用改进的和声搜索（Har....

本文编号：4055910