新型滚动接触疲劳试验机研制及其加载系统动态特性研究

发布时间：2017-10-10 06:28

  本文关键词：新型滚动接触疲劳试验机研制及其加载系统动态特性研究

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【摘要】：滚动接触疲劳是滚动轴承的主要失效形式之一,疲劳寿命试验是评价轴承材料性能的主要手段,因此,研制出能准确模拟轴承实际工况的试验设备,为研发高性能的轴承材料提供可靠的数据支撑具有重要的意义。本文主要进行了以下工作:(1)对滚动接触疲劳试验机进行结构设计。经过功能分析,将试验机分解为加载系统、主轴系统、润滑系统、测控系统和电气控制系统。在加载系统中,结合杠杆砝码加载原理和伺服控制技术设计了一种新型杠杆伺服加载系统,保证试验机的加载精度和制造成本;在主轴系统中分别对主轴组件和陪试件装夹部件进行结构设计,并对主轴电机和带传动进行选型计算;在润滑系统中,对润滑装置进行结构设计;在测控系统功能设计中,根据需要采集的试验数据完成各传感器的选择;在电气控制系统的功能设计中,分别对系统电源、主轴电机和伺服电机的主回路进行设计,并根据试验要求对其它参数的电气控制提出功能设计要求,以方便试验操作。(2)将伺服加载系统抽象为伺服驱动系统和机械传动系统的串联。分别建立伺服驱动系统和机械传动系统的数学模型,设计了PID控制器,最终建立了完整的伺服加载系统的数学模型。(3)建立了伺服加载系统的Simulink仿真模型,对系统的仿真模型进行动态特性仿真分析,研究了不同机械参量(转动惯量、等效阻尼、刚度)对系统动态特性的影响,得到了伺服加载系统机械参量的合理取值范围,为加载系统进一步参数优化提供数据支持。(4)对试验机进行调试运行,使各系统功都能达到设计要求,并对伺服加载系统进行试验测试,以验证仿真结果的正确性和可靠性。
【关键词】：滚动接触疲劳 试验机 杠杆加载 伺服控制 动态特性
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.33;TH87
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.1.1 滚动接触疲劳概述11
• 1.1.2 滚动接触疲劳试验研究方法11-12
• 1.2 滚动接触疲劳试验机的研制现状12-18
• 1.2.1 国外现状12-13
• 1.2.2 国内现状13-16
• 1.2.3 试验机加载技术16-18
• 1.3 课题主要研究内容18-19
• 第2章 滚动接触疲劳试验机的设计19-52
• 2.1 试验机设计要求19-21
• 2.1.1 试验原理19-20
• 2.1.2 试验要求20
• 2.1.3 试验机主要技术指标20-21
• 2.2 试验机总体方案设计21-25
• 2.3 加载系统设计25-30
• 2.3.1 加载力的确定25-26
• 2.3.2 加载方案选择26
• 2.3.3 杠杆伺服加载系统设计26-30
• 2.4 主轴系统设计30-39
• 2.4.1 主轴组件设计31-36
• 2.4.2 主轴电机的选择36-37
• 2.4.3 带传动设计37-39
• 2.4.4 陪试件装夹部件结构设计39
• 2.5 润滑系统设计39-41
• 2.6 测控系统功能设计41-45
• 2.6.1 摩擦扭矩监测42
• 2.6.2 温度监测42-43
• 2.6.3 振动加速度监测43
• 2.6.4 声发射信号监测43-44
• 2.6.5 试验载荷监测44
• 2.6.6 主轴转速监测44-45
• 2.7 机架设计45-47
• 2.8 电气控制系统功能设计47-51
• 2.8.1 系统功能要求47-48
• 2.8.2 电气主回路设计48-51
• 2.9 本章小结51-52
• 第3章 伺服加载系统数学模型的建立52-62
• 3.1 伺服电机控制模式的选择52-53
• 3.2 伺服驱动系统的数学模型53-58
• 3.2.1 伺服电机的数学模型53-56
• 3.2.2 伺服驱动系统各环路设计56-58
• 3.3 机械传动系统的数学模型58-60
• 3.5 伺服加载系统的数学模型60-61
• 3.6 本章小结61-62
• 第4章 伺服加载系统的仿真与动态特性分析62-78
• 4.1 仿真模型的建立63-72
• 4.1.1 Simulink仿真模型的主要模块63
• 4.1.2 伺服驱动系统的仿真模型63-66
• 4.1.3 机械传动系统的仿真模型66-69
• 4.1.4 伺服加载系统的仿真模型69-72
• 4.2 机械参量对动态特性的影响72-74
• 4.3 加载系统机械结构优化研究74-77
• 4.4 本章小结77-78
• 第5章 试验机调试78-84
• 5.1 主轴系统调试79-80
• 5.1.1 调试步骤79
• 5.1.2 调试结果分析79-80
• 5.2 加载系统调试80-81
• 5.2.1 调试步骤80
• 5.2.2 调试结果分析80-81
• 5.3 试验测试81-82
• 5.3.1 试验步骤81
• 5.3.2 试验结果分析81-82
• 5.4 问题解决方案82-84
• 结论84-86
• 参考文献86-89
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果89-90
• 致谢90-91
• 作者简介91

【参考文献】

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本文编号：1004823