目前,机床主轴在线动平衡普遍采用添加平衡头的间接在线动平衡方法,利用平衡头提供的补偿不平衡力抵消主轴离心力。但是现有的在线动平衡装置普遍存在结构复杂、匹配度不高、平衡装置长时间形变等问题。因此在符合足够平衡精度的前提下,减少平衡装置由于自身形变或温度等外界条件对平衡精度的影响,减少因结构复杂产生的安装拆卸不简洁的问题,最大程度使平衡装置能够满足多种机床及更广的转速范围,是今后在线动平衡技术的发展方向。本文利用叶片在固定俯仰角度下会因来流速度而产生压力差进而产生推动力的原理,提出一种叶片平衡方法,即利用叶片随主轴同步转动过程中因不同转速与俯仰角度大小所产生的压力差来抵消主轴不平衡力。主要内容如下:(1)建立主轴单自由度阻尼振动模型,分析其在运动过程中的振幅和相位特点,为叶片动平衡方法建立基础;根据平衡叶片随主轴转速的变化规律,阐明了平衡叶片随主轴同步运动从而进行在线动平衡的机制和特点;然后分析了不同型线的叶片特性,考虑到叶片压力与气动中心位置不仅仅影响其气动效率,平衡头的装配安装也影响着平衡能力,因此确定了更为优秀的叶片型线;最后通过与影响系数法相结合,明确了利用叶片进行动平衡的方法在在线动平衡方面的优势。(2)通过CFD技术,分析低雷诺数叶片气动特性的稳定性与产生的推动力。以叶片厚度为变量,对4种常见叶片型线在不同转速与仰角下的推力进行数值计算并建立相互之间的关系和规律。通过推阻比变化曲线评价4种叶片的气动效率,并对比4种叶片的推力与阻力比曲线,最后确定了能提供较大推动力变化范围并不随转速变化的优秀叶片型线NACA0012。(3)基于叶片周围的流场分布云图,通过分析NACA0012型叶片在不同仰角下的压力与速度分布,对比分析了叶片不同气动条件下,因叶片周围气流的变化,导致叶片推力特性与效率有所差异的原因,避免气流分布不均匀影响平衡叶片性能,并初步确定平衡叶片最佳性能时的工作姿态;然后通过分析压力中心分布与气动中心相互关系,确定了NACA0012型线叶片在7°仰角下优秀的气动性能。最后考虑温度产生的影响,以常温条件下叶片周围温度最大区间为变化条件,分析在不同温差下的升阻系数与压力分布,其变化情况很好地验证了常温变化几乎不对叶片平衡性能产生影响。(4)对于实际运转中叶片所承受的速度与变形等工作状态,主要通过流固耦合的方法进行模拟验证:建立二自由度俯仰模型,通过准定常流场计算其颤振失速,并由叶片在不同转速下的收敛程度进行验证;综合考虑较大仰角角度与运动转速,以最佳仰角7°为例,通过流固耦合的方法分析出叶片运动过程的受力情况,其应力分布总体均匀,最大变形较小。