航天用轴承跑合装置测试系统设计与实现

发布时间：2020-03-22 05:54

【摘要】：轴承跑合装置测试系统是一套专用于轴承性能测试评价的系统,是地面测试中的一个重要环节。为保证设备的可靠性,用于转向的专用轴承在喷涂固体润滑剂之后需要进行跑合以保证接触面的光滑度,同时监测跑合过程中的摩擦力作为主要的反馈指标。本文介绍了低速轴承跑合装置测试系统的设计与实现过程,进一步研究了摩擦力反馈参与跑合控制算法。文章首先从实际任务出发,对系统的整体需求进行详细分析,制定了一系列的技术指标。在此基础上,分别从系统硬件、上位机软件和系统控制算法三个角度,对系统的设计和实现过程进行描述。在研制过程中,考虑到系统要求的高精度和高时效性,拟采用传统的PID控制方式对电机进行控制,但甲方在转速控制方面提出更高要求。由于轴承表面的粗糙程度不同,摩擦力矩分布未知,造成转速波动较大,控制的稳定性较差。因此本课题将原有的PID事后控制算法改为事先预测方法,在传统的反馈控制基础上,添加神经网络前馈补偿器,通过线下学习,得到轴承不同位置摩擦力矩的分布情况,进而得到不同位置对应的电流补偿量。在跑合过程中,控制系统根据已经得到的补偿规律,对电机在不同位置的电流控制信号进行预先调整,变被动调节为主动调节,降低转速波动程度,提高跑合过程的稳定性。通过对两种控制算法进行对比实验,可发现摩擦力矩预测与PID控制结合的控制算法具有良好的控制效果。低速轴承跑合装置测试系统的硬件和软件设计均采用模块化思想,按功能进行模块划分。硬件装置作为执行机构,包括真空模块、力加载模块、传感测量模块、轴承安装模块等物理结构;软件作为控制中枢则主要实现轴承驱动、预定跑合、报告生成等操作功能。且系统使用统计显著性检验分析方法,对测试数据进行统计验证,得到轴承特性的技术指标,为技术人员的评估提供借鉴。
【图文】：

加载力,电气连接,电机

实际生产误差所导致的装卸过程困难。安装模块的螺钉可手动拆卸调整松紧，因此可应用于多种轴承，为了适应不同轴承据具体的实验需求进行更换，方便快捷。3.2.2. 力加载模块为避免加载力电机驱动加载力过大过猛对轴承造成破坏，电机加载力与轴承接触面碟状弹簧进行缓冲。缓冲过程包括手动阶段和自动阶段。手动阶段是由测试人员设载力大小，控制系统根据设定值对加载力电机发送控制指令，电机开始向指定位置，传感器接触器与电机面逐步贴合。该过程实质为预加载过程。当人工调节到指定范围内后，减速器开始通过减速比转化电机转速，挤压下面的弹簧，进入自动阶段。图 3-1 为真空加载力电机电气连接图。在图 3-1 中，P1 为 PMAC 控制板，，用于给启动/停止、转向、转速、当前位置等信号。DCT_8B 为 PMAC 转接板，起保护电。P3 和 P4 为电机驱动器。M1 和 M2 为加载力电机。

加载力,电气连接

图 3-2 加载力采集电气连接图3.2.4. 真空系统模块真空模块由两部分构成：真空室和控制电机。低速轴承的工作环境多数为真空环境常真空环境空气稀薄（一般没有绝对真空的环境），该环境中没有热对流，只有热和辐射[33]。电机在真空中散热比较困难。故该类电机必须要耐受高温，真空中正是散热困难等原因，普通电机耐温通常是在 130 度以下，超过这个温度，电机将产生降低、线材软化、永磁材料退磁甚至造成永久损害[34]。因此，为更好的模拟真实工境下轴承的工作状态，本课题应选用更符合条件的真空电机，即可以应用在真空环的耐高温、耐真空、低出气的特殊电机。3.2.5. 跑和驱动模块该模块驱动轴承进行跑合。对于轴承的跑合不需过高转速，一般维持在 100rpm 以即可。为保证提高系统工作过程的稳定性，同时考虑的不同类型电机的自身特性，伺服电机驱动。同时，由于伺服电机多应用于高速运动环境，所以搭配减速器来进处理，以实现电机在低速情况下的稳定驱动。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V416.8

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