弹簧管内表面划痕对其寿命影响研究及其检测装置设计

发布时间：2021-11-12 22:58

　　弹簧管是电液伺服阀中衔铁组件的重要组成部分,其精度会对整个系统的精度产生很大的影响。在弹簧管加工过程中,步骤繁多,要求精密,所以无论在制造还是检测中要求都很严格。在检测时,需要对弹簧管内外表面进行细致观察,确认弹簧内外表面均没有划痕和裂纹等表面缺陷。现在常用的检测方式为肉眼观察,检测效率低,没有办法实现自动化,尤其是内表面的检测更加困难。本文从弹簧管内表面划痕对其寿命的影响入手,分析了划痕对其应力分布的影响,讨论了不同初始裂纹对弹簧管寿命的影响,并研制了一套自动化设备,将检测过程自动化。最后运用所研制的设备,对弹簧管内表面进行的检测,验证合理性。为了对有划痕的弹簧管进行应力分析,首先对存在划痕的弹簧管情况进行统计,确认出在加工时划痕产生位置的分布情况。确认材料的相关参数,利用Abaqus软件建立起弹簧管内表面划痕的有限元模型,对弹簧管的应力分布特征进行仿真。在应力集中的部位预制裂纹,通过更改初始裂纹尺寸和施加不同的载荷,对弹簧管的裂纹扩展情况进行分析,研究裂纹对弹簧管的影响。确认弹簧管划痕及裂纹会对弹簧管寿命产生重大影响之后,开始设计内表面划痕的检测装置。首先确定了采用反射式与斜射式相... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电液伺服阀结构图[3]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-衔铁两臂上缠绕有等量的金属线圈，在通电的情况下，衔铁两臂均产生电磁场，在永久磁铁的作用下产生电磁吸力。当F1﹦F2时，衔铁的两臂所受力大小相同，所以不会发生偏转现象，衔铁组件的其他部分也会保持在原来的位置。衔铁两臂受力平衡，不会发生偏转，各元件保持在平衡位置之上。当F1≠F2时，衔铁发生偏转，因为整个衔铁组件通过过盈配合压装在一起，所以会引起挡板、弹簧管、反馈杆一起发生偏转，同时弹簧管会由于变形而出现一个反抗力矩。在挡板位置发生微小的变化之后，挡板两侧的射流喷嘴到衔铁组件中挡板的距离就发生微小变化，导致两侧喷嘴喷出的液压油压力不等，存在一定的压力差，从而引起阀芯的位置产生移动。阀芯与反馈杆的粗部配合在一起，所以阀芯的移动带动反馈杆一起发生变形，从而反馈杆也会产生一个反抗力矩。当反馈杆的因为变形产生的反抗力矩与弹簧管因变形而产生的反抗力矩之和恰好与衔铁组件上因为通电产生的主动转矩相等时，阀芯就会保持平衡，不在移动，从而保持在一个固定的位置。通过控制经过衔铁两臂上线圈的电流可以调节F1与F2的大小，从而控制弹簧管与反馈杆的形变量，实现对阀芯位置的控制，电液伺服阀就是依照这样的原理稳定工作的。从伺服阀的整个力平衡调节过程中可以看出，弹簧管是一个非常重要的提供反抗力矩的零件，它的刚度特性决定了阀能不能正常工作。1-衔铁2-弹簧管3-反馈杆4-挡板5-阀体6-喷嘴7-阀芯图1-2衔铁组件结构图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-弹簧管是一种核心部分为管状且管壁处非常薄的零件[5]，其结构如图1-3所示。因为无论是弹簧管的内表面还是弹簧管的外表面，均有着配合的要求，配合的精度要求又很高，所以对于弹簧管的管体部分，圆度和圆柱度要求均小于0.001mm。弹簧管的管壁部分厚度约为0.06mm，并且要求管壁部分的厚度变化极小，表面不能有加工缺陷。弹簧管最重要的性能指标刚度值，几乎完全是由弹簧管的管壁厚度决定的，所以这里是弹簧管最核心的部分。图1-3弹簧管受力示意图在前文叙述的伺服阀调节过程中可以知道：弹簧管会因为通电线圈带动衔铁偏转而发生偏转，其头部会产生一定的偏转角。在这个相应的偏转角下，弹簧管产生的力矩是相同的，所以就可以将弹簧管的刚度K定义为在其法兰盘被固定的情况下，弹簧管头部受到的弯矩M与在M的作用下弹簧管头部产生的偏转转角θ的比值。MK=（1-1）经过多年对电液伺服阀的研究，我国已经掌握了完善的弹簧管刚度测量方案，能够通过对刚刚加工完成的弹簧管刚度进行多次检测来保证在安装时其性能是符合使用要求的。在电液伺服阀的工作过程中，弹簧管要承受数赫兹甚至数百赫兹的交变载荷[6]，初始时微小的加工缺陷可能会在使用一段时间后扩展为裂纹，使弹簧管刚度发生变化，不再满足使用要求，甚至发生断裂。但由于弹簧管在制造时工艺复杂，其表面的加工缺陷出现率很高。尤其是内表面更是要经过钻孔、扩孔、铰孔、研磨、精研等多个步骤，导致弹簧管的刀伤或划痕等加工缺陷主要出现在内表面，所以对弹簧管内表面的加工缺陷进行检测，并且研究其表面加工缺陷对于其刚度特性的影响就尤为重要。

【参考文献】：
期刊论文
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[9]区域清晰度的小波变换图像融合算法研究[J]. 叶明,唐敦兵.  电子测量与仪器学报. 2015(09)
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硕士论文
[1]机体螺栓连接件接触面间微动疲劳寿命预测方法研究[D]. 李杰.中北大学 2019
[2]基于机器视觉的滑动轴承内表面缺陷自动检测系统的研究[D]. 陈琦.江苏大学 2017
[3]基于机器视觉的小孔内表面缺陷检测关键技术研究[D]. 牛群遥.南京航空航天大学 2017
[4]内孔侧壁缺陷检测系统及其关键技术研究[D]. 曾斌.湖南大学 2016



本文编号：3491801