汽轮机设备巨大,其中汽轮机低压汽缸是汽轮机中的关键组件,汽缸内有许多镶嵌去湿环的槽,电厂机组扩容需要将槽的直径加大。但从发电厂机组的改造周期、效率和经济性等方面考虑,需要在发电厂现场对低压汽缸的去湿环槽进行加工,而传统加工设备很难在机组上进行加工,加工范围达不到要求,为此需要设计一台专用的设备——镗缸机。本文对镗缸机进行了整体设计,并从仿真研究和模态实验两个方面对镗缸机的结构性能进行了研究。具体内容如下:首先对镗缸机进行了整体设计,本文中的低压汽缸的轴向尺寸为6.57m,回转半径为1.9m,并且为卧式结构。由于刀架重量对卧式切削会产生较强冲击,而摆线针轮减速器减速比大、转动平稳可靠、承载能力强和耐冲击等特点,因此镗缸机采用三相异步电机和摆线针轮减速器作为动力输入,应用电气控制电机来实现镗缸机的各种动作。其次为了使主轴所受的载荷冲击最小,应用ADMAS分别对两个刀架呈的九种不同夹角时的主轴进行了仿真分析。由于考虑了刀架和主轴的质量,主轴所受的力和力矩均呈正弦周期性规律变化,因此两者相位最大,并且主轴所受的力和力矩的幅值最小时,主轴所受载荷冲击最小,据此选择两个刀架夹角为180°。同时根据施加的切削速度和切削力,仿真得出电机减速器输出轴转速10.95r/min和扭矩7.82Nm,结果均在电机和减速器拖动的范围之内,不会产生过载。然后,对镗缸机的关键部件进行了仿真分析。影响去湿环槽加工精度和质量的重要因素主要来源于镗缸机刀架和主轴的结构和重量,所以根据刀架和主轴的外形尺寸,在ANSYS中建立四种刀架的有限元模型和刀架与主轴整体的有限元模型,对其分别进行了静力学分析,确定刀架的刚度和强度都满足要求后,以重量轻为前提,得到楔形工字型截面的刀架d为最优结构。在此基础上,对刀架进行了模态分析,刀架d的结构也是最优,在整体的模态分析中,验证了刀架与主轴的匹配合理性,并得到了整体的六阶固有频率和振型。经分析,四种结构在12~16Hz之间,位移最大,但都远离工作频率1.33Hz,将不会发生共振现象,为在工作中避免共振发生提供了理论参考。最后,为了提高理论分析数据的可信度,对镗缸机的关键部件进行了实验分析。首先对刀架进行了刚度、强度和模态特性分析,通过实验系统软件计算和曲线拟合的方式验证实验数据和结果的可信度,得到各阶固有频率和振型等参数,通过实验值与理论值的线性拟合对比分析,使实验与仿真分析得到了相互验证。采用同样的实验方法,对整机进行了实验验证。通过对比,强度和刚度的实验与理论值基本一致,模态分析的实验结果依然在误差允许范围之内。