齿轮齿根残余应力的超声无损检测与校准技术

发布时间：2017-03-29 11:08

  本文关键词：齿轮齿根残余应力的超声无损检测与校准技术，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮是机械装备的重要组成部分，担负着传递运动、改变运动速度和运动方向的重要任务，但是齿轮经过机械加工和热处理后不可避免的在轮齿根部产生残余应力，而残余应力的存在是导致轮齿疲劳失效的主要原因，同时齿轮根部的形状复杂、空间狭小，传统的方法很难准确、快速的进行齿根残余应力的检测。因此，本文首次提出了基于超声临界折射纵波的齿根残余应力检测方法，并对其进行了系统的研究。 本文对临界折射纵波检测残余应力的基本原理进行了系统的研究。推导出了单向应力状态下材料中应力的变化量与声时差的变化量之间的关系，研究表明，应力的变化与声时差的变化成线性关系。通过理论推导证明了临界折射纵波对与其传播方向平行的残余应力最为敏感。 本文搭建了一套基于超声法的齿根残余应力自动化检测系统，并提出了一种超声残余应力检测系统的校准方法。超声法自动化检测系统主要包括电机、齿轮夹持机构、丝杠进给机构、传感器夹持机构、传感器、超声应力检测系统等。超声应力检测系统采用了VC++/MFC编制的人机交互界面，通过拉格朗日插值算法、互相关算法等精确的计算声时差，从而确定残余应力值。校准系统主要包括拉伸试验机、放大器、采集卡、超声应力检测系统等。校准系统采用MATLAB/GUI编制了人机交互界面，通过标准应力值与超声应力值的对比，找出偏差最大值和最大值所处的位置，判断是否符合误差要求。 通过特定传感器、自动化检测装置、超声应力检测系统的有机结合完成了齿根残余应力的检测，经过对齿根的实时监测和反复测量证明了临界折射纵波检测齿根残余应力的可行性和稳定性。同时详细分析了齿根残余应力检测时的影响因素，包括温度、入射角度、材料组织、构件曲率、表面粗糙度、耦合剂多少、换能器频率等对检测结果和信号强度的影响，并提出了相应的补偿措施，提高了检测结果的准确性。
【关键词】：齿轮齿根 残余应力 临界折射纵波 校准技术
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41;TG115.28
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 齿根应力检测方法现状12-17
• 1.2.1 X 射线法12
• 1.2.2 材料力学法12-15
• 1.2.3 实验分析法15
• 1.2.4 数值计算法15-17
• 1.3 超声检测残余应力的国内外研究现状17-18
• 1.4 课题的主要研究内容18-19
• 第2章 齿轮齿根残余应力超声检测方法的理论研究19-33
• 2.1 超声波的特性19-21
• 2.1.1 超声波的物理特性19
• 2.1.2 超声波的产生和接收19
• 2.1.3 超声波的传播特征19-21
• 2.2 超声波检测齿根残余应力的基本理论21-26
• 2.3 基于临界折射纵波的齿轮齿根残余应力检测原理26-32
• 2.3.1 临界折射纵波的产生机理26-27
• 2.3.2 临界折射角的计算27-28
• 2.3.3 临界折射纵波频率响应特性28-30
• 2.3.4 基于临界折射纵波的齿根残余应力的检测30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 齿轮齿根残余应力超声检测系统的搭建33-47
• 3.1 硬件系统33-38
• 3.1.1 传感器的设计33-35
• 3.1.2 自动化检测装置的设计35-36
• 3.1.3 超声激励和数据采集模块36-38
• 3.2 软件系统38-46
• 3.2.1 软件系统模块38-39
• 3.2.2 插值算法39-40
• 3.2.3 互相关算法40-43
• 3.2.4 稳定性判断43-44
• 3.2.5 系统软件流程图44-45
• 3.2.6 系统软件界面设计45-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第4章 齿轮齿根残余应力超声检测系统的校准47-52
• 4.1 校准原理47
• 4.2 硬件系统47-49
• 4.2.1 拉压试验机简介48
• 4.2.2 外接信号放大器和采集卡描述48
• 4.2.3 拉伸试样描述48-49
• 4.3 软件系统49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 齿轮齿根残余应力检测实验52-64
• 5.1 齿轮参数描述52
• 5.2 齿轮材料中声速的测量52-53
• 5.3 临界折射纵波在齿根附近传播机理的研究53-55
• 5.4 齿根残余应力检测时应力常数的计算55-57
• 5.5 系统稳定性实验57-58
• 5.6 齿根残余应力的检测实验58-61
• 5.7 齿根残余应力检测原理的验证61-62
• 5.8 本章小结62-64
• 第6章 齿轮齿根残余应力超声检测的影响因素64-76
• 6.1 温度对检测结果的影响64-67
• 6.1.1 温度对传播速度和传播距离的影响64
• 6.1.2 温度采集模块64-66
• 6.1.3 温度补偿实验66-67
• 6.2 传感器入射角度的影响67-69
• 6.3 材料组织的影响69
• 6.4 复杂构件曲率的影响69-70
• 6.5 被测构件表面状态的影响70-71
• 6.6 耦合剂的影响71-72
• 6.7 超声波换能器频率的影响72-75
• 6.8 本章小结75-76
• 总结与展望76-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间发表论文与研究成果清单83-84
• 致谢84

【参考文献】

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本文编号：274321