基于网格弹性贴片成像法测试旋转轴受载方法研究

发布时间：2020-08-28 01:25

【摘要】：轴类零件是机械传动装置的主要执行元件,在传动过程中旋转轴会承受扭矩、轴向力和弯矩等多种载荷的作用。在一些机械设备中,需要对旋转轴承受的扭矩、轴向载荷和径向载荷进行实时监测和检测,而现阶段扭矩传感器只能测量纯扭矩的大小,不能承受和测量轴向载荷和径向载荷。因此,提出一种网格弹性贴片成像法,实时监测或检测旋转轴所承受轴向推力和扭矩,具有很强的理论意义及工程应用价值。本文主要研究内容为:1、旋转轴应力应变计算方法研究。根据旋转轴在受轴向推力、扭矩和压扭复合受载时的表面应力应变特点,利用空间点的相关坐标变换,推导了利用网格弹性贴片表面特征区域特征点计算旋转轴实时受载的理论方法。2、ABAQUS方法对贴有网格弹性贴片的旋转轴模型数值仿真分析。研究了有限元模型的粘胶层分别为solid单元和cohesive单元类型时对模型表面应力应变传递的影响;在不同粘胶层单元类型时,不同旋转轴直径、弹性贴片厚度和不同加载大小对网格弹性贴片表面特征区域特征的影响程度。3、成像法提取网格特征点关键技术研究。针对网格弹性贴片表面特征区域受载前后会发生变化,以环向线轴向间距和轴向线斜率作为受载大小的评判标准,通过制定Canny算子与Hough边缘检测相结合的方法,来对网格弹性贴片表面网格区域的特征进行提取。4、成像法测试旋转轴受载试验研究。对成像法测试旋转轴受载进行了主要硬件的选择和软件的设计,实现可以通过试验方法提取受载旋转轴的网格特征变化,达到直接输出旋转轴受载值大小的目的。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.2
【图文】：

测试方法研究现状是判断轴系运转是否正常的重要健康指溯到上个世纪。但是最初的扭矩传感器扭矩。，应变计技术的出现，学者们看到了提被用于扭矩测量，该方法有效提高了测可。初，随着应变片测试技术的逐渐成熟，轴扭矩的实际测量的实验最终获得了成缺点是设备体积过大。，美国 WDC 公司[8-9]研发出试验功率测应变计测量方法，第一次出现了可以直备，但是该系统造价成本较高，不适宜前景较为狭窄，该系统的主要部件如图

湘潭大学硕士学位论文于当时采集变化需要靠肉眼和经验判别，因此该方法与其他方法相比可靠性不高，精度较低；同期，日本研发团队又研发出了新的产品—螺旋管式扭矩传感器[13]，和磁致伸缩传感器基本原理类似，该方法也是通过磁逆效应原理达到测量目的，只是将磁致伸缩材料换成了 Fe 基非晶薄带，该方法适用性强，抗干扰能力强且安装简便，但测量误差较大。八十年代后期，如图 1.3 所示为 University ofSouthampton[14]研究出的电容式扭矩传感器，通过轴上安装振荡电路频率特性的前后变化来达到测量扭矩的目的，该方法具有结构简单，造价较低等优点，但测量设备的同轴度很难达到保证，因此该方法会有较大的使用限制，如不适合较大轴径传动轴；同期，相位差式扭矩测量方法[15]引起广大研究者的浓厚兴趣，和光电式扭矩传感器相似，只是将轴上一定距离的光栅换成了两个齿数为 120 的相同齿轮，通过测量两齿轮之间的相对扭转相位差间接对轴的扭矩进行计算，但是齿轮在加工过程中很难确保一致，难免会产生误差。

湘潭大学硕士学位论文于当时采集变化需要靠肉眼和经验判别，因此该方法与其他方法相比可靠性不高，精度较低；同期，日本研发团队又研发出了新的产品—螺旋管式扭矩传感器[13]，和磁致伸缩传感器基本原理类似，该方法也是通过磁逆效应原理达到测量目的，只是将磁致伸缩材料换成了 Fe 基非晶薄带，该方法适用性强，抗干扰能力强且安装简便，但测量误差较大。八十年代后期，如图 1.3 所示为 University ofSouthampton[14]研究出的电容式扭矩传感器，通过轴上安装振荡电路频率特性的前后变化来达到测量扭矩的目的，该方法具有结构简单，造价较低等优点，但测量设备的同轴度很难达到保证，因此该方法会有较大的使用限制，如不适合较大轴径传动轴；同期，相位差式扭矩测量方法[15]引起广大研究者的浓厚兴趣，和光电式扭矩传感器相似，只是将轴上一定距离的光栅换成了两个齿数为 120 的相同齿轮，通过测量两齿轮之间的相对扭转相位差间接对轴的扭矩进行计算，但是齿轮在加工过程中很难确保一致，难免会产生误差。

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本文编号：2806889