滚珠丝杠副健康状态评估及预测关键技术研究
发布时间：2021-09-02 01:22
数控机床作为机械加工的关键装备,是实现高端装备制造业现代化的重要组成部分。滚珠丝杠副作为数控机床传动系统的关键功能部件,由于长时间承受高速运转,载荷冲击和高温等因素作用,不可避免的会出现磨损,性能退化等现象而导致传动精度下降,严重影响着数控机床加工精度和工件质量。为了实时监测滚珠丝杠副的运行状态和感知其性能状况,本文研究了滚珠丝杠副健康评估和状态预测方法,提出了基于性能退化状态阶段划分的卷积神经网络和长短时记忆网络相结合的预测模型,基于该评估模型逐步构建了从数据采集到智能维护平台的完整预防性维护架构。主要研究内容如下:（1）针对滚珠丝杠副的结构特点和载荷特性,分析滚珠和滚道的接触特性、研究滚珠和滚道的摩擦和磨损特性以及接触应力和摩擦力矩对滚珠丝杠副磨损、疲劳失效的影响,分析其性能退化机制以及导致其性能退化和失效原因的主要因素,以及其性能退化规律,构建滚珠丝杠副性能退化评估方法、评估模型和智能预测与维护体系。（2）针对如何获取滚珠丝杠副性能退化趋势和状态划分问题,提出了基于核主成分分析,马氏距离变换以及DBSCAN密度聚类的方法。利用核主成分分析对滚珠丝杠副状态性能指标进行降维,提取出表...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于滚珠丝杠副智能健康维护技术框架
第一章绪论-10-图1-3论文内容架构Fig.1-3Thecontentstructureofpaper第一章：简要介绍论文研究背景和意义，综述了国内外滚珠丝杠副健康评估和性能预测的发展现状，理论方法和研究成果，最后介绍了本文的研究思路和研究内容。第二章：首先介绍了滚珠丝杠副的结构特点和载荷特性，对滚珠丝杠副的结构和受力情况进行了分析。研究滚珠和滚道的摩擦和磨损特性，分析了滚珠丝杠副的性能退化机制，阐述了导致其性能下降和失效原因的主要因素，提炼表征滚珠丝杠副性能下降指标，构建性能退化评估方法、评估模型和智能预测与维护体系。第三章：介绍了基于KPCA降维，马氏距离变换以及DBSCAN密度聚类的滚珠丝杠副性能状态阶段划分的方法和原理。给出了具体的数据特征提取方法，采用KPCA降维提取出表征能力强的特征，并对降维后的特征进行马氏距离转换映射到一维表征空间得到滚珠丝杠副的性能退化趋势，最后通过DBSCAN密度聚类的方法对滚珠丝杠副的退化趋势进行聚类，将非单调变化的退化过程划分为多个离散的健康阶段，实现了基于时序序列的退化状态趋势阶段的有效划分，得到滚珠丝杠副各个性能状态标签，将健康状态估计问题转化为多阶段的分类问题。第四章：详细阐述了基于CNN-LSTM深度学习的滚珠丝杠副性能评估与预测方法。首先介绍了卷积神经网络（CNN）和长短时记忆网络（LSTM）模型的基
第二章滚珠丝杠副性能退化机理和评估方法研究-12-第二章滚珠丝杠副性能退化机理和评估方法研究滚珠丝杠副作为数控机床主要进给功能部件，其性能状态直接影响着数控机床的传动精度。滚珠丝杠副的结构特性和受力方式与其性能退化机理和过程密切相关。本文首先介绍了滚珠丝杠副结构特点，并根据其载荷特性建立了摩擦力矩力学模型，接着对其性能退化机制进行了分析，根据其退化特性，阐述了滚珠丝杠性能评估方法。2.1结构特点滚珠丝杠副是数控机床中将丝杠回转运动转换为直线运动常用的传动装置，它以滚珠的滚动代替丝杠与螺母之间的滑动，以减少摩擦，主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道等组成，其结构原理如图2-1所示1-丝杠2-螺母3-滚珠4-回珠管道图2-1滚珠丝杠副结构原理图Fig.2-1Structuralschematicdiagramofballscrew滚珠丝杠副常用的循环方式有两种：内循环和外循环。滚珠在循环滚动过程中始终与丝杠保持接触的称为内循环式。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的称为外循环式。与内循环相比，外循环滚珠丝杠副的滚珠在循环返回装置中的运动是依靠后面滚珠的推力推动向前运行，滚珠不受滚动力偶作用，因而滚珠没有滚动运动，只作滑动运动，因此，外循环摩擦力矩值一般较大。
本文编号：3378027
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于滚珠丝杠副智能健康维护技术框架
第一章绪论-10-图1-3论文内容架构Fig.1-3Thecontentstructureofpaper第一章：简要介绍论文研究背景和意义，综述了国内外滚珠丝杠副健康评估和性能预测的发展现状，理论方法和研究成果，最后介绍了本文的研究思路和研究内容。第二章：首先介绍了滚珠丝杠副的结构特点和载荷特性，对滚珠丝杠副的结构和受力情况进行了分析。研究滚珠和滚道的摩擦和磨损特性，分析了滚珠丝杠副的性能退化机制，阐述了导致其性能下降和失效原因的主要因素，提炼表征滚珠丝杠副性能下降指标，构建性能退化评估方法、评估模型和智能预测与维护体系。第三章：介绍了基于KPCA降维，马氏距离变换以及DBSCAN密度聚类的滚珠丝杠副性能状态阶段划分的方法和原理。给出了具体的数据特征提取方法，采用KPCA降维提取出表征能力强的特征，并对降维后的特征进行马氏距离转换映射到一维表征空间得到滚珠丝杠副的性能退化趋势，最后通过DBSCAN密度聚类的方法对滚珠丝杠副的退化趋势进行聚类，将非单调变化的退化过程划分为多个离散的健康阶段，实现了基于时序序列的退化状态趋势阶段的有效划分，得到滚珠丝杠副各个性能状态标签，将健康状态估计问题转化为多阶段的分类问题。第四章：详细阐述了基于CNN-LSTM深度学习的滚珠丝杠副性能评估与预测方法。首先介绍了卷积神经网络（CNN）和长短时记忆网络（LSTM）模型的基
第二章滚珠丝杠副性能退化机理和评估方法研究-12-第二章滚珠丝杠副性能退化机理和评估方法研究滚珠丝杠副作为数控机床主要进给功能部件，其性能状态直接影响着数控机床的传动精度。滚珠丝杠副的结构特性和受力方式与其性能退化机理和过程密切相关。本文首先介绍了滚珠丝杠副结构特点，并根据其载荷特性建立了摩擦力矩力学模型，接着对其性能退化机制进行了分析，根据其退化特性，阐述了滚珠丝杠性能评估方法。2.1结构特点滚珠丝杠副是数控机床中将丝杠回转运动转换为直线运动常用的传动装置，它以滚珠的滚动代替丝杠与螺母之间的滑动，以减少摩擦，主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道等组成，其结构原理如图2-1所示1-丝杠2-螺母3-滚珠4-回珠管道图2-1滚珠丝杠副结构原理图Fig.2-1Structuralschematicdiagramofballscrew滚珠丝杠副常用的循环方式有两种：内循环和外循环。滚珠在循环滚动过程中始终与丝杠保持接触的称为内循环式。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的称为外循环式。与内循环相比，外循环滚珠丝杠副的滚珠在循环返回装置中的运动是依靠后面滚珠的推力推动向前运行，滚珠不受滚动力偶作用，因而滚珠没有滚动运动，只作滑动运动，因此，外循环摩擦力矩值一般较大。
本文编号：3378027
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