【摘要】：轉(zhuǎn)軸在日常工業(yè)生產(chǎn)及生活中必不可少,從汽車(chē)推進(jìn)轉(zhuǎn)軸到船舶轉(zhuǎn)軸,不同類型的轉(zhuǎn)軸得到廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn)軸的扭矩載荷、轉(zhuǎn)速、功率、應(yīng)力應(yīng)變等動(dòng)態(tài)載荷參數(shù)是反映機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況的關(guān)鍵信息。對(duì)這些參數(shù)準(zhǔn)確的測(cè)量,可以為旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù),可以幫助驗(yàn)證機(jī)械設(shè)備功率輸出是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,同時(shí)對(duì)設(shè)備工作狀況進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警。轉(zhuǎn)軸關(guān)鍵動(dòng)態(tài)工作參數(shù)測(cè)試已經(jīng)成為各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢驗(yàn)、工況監(jiān)測(cè)和故障診斷等不可或缺的內(nèi)容。因此,研制開(kāi)發(fā)一套準(zhǔn)確可靠的轉(zhuǎn)軸多動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及工業(yè)控制等領(lǐng)域具有重要的實(shí)用價(jià)值。本文在比較現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程應(yīng)用的測(cè)試需求,提出了基于相位差原理的轉(zhuǎn)軸扭矩載荷測(cè)量方案,該方案采用模擬輸出和數(shù)字輸出相結(jié)合的方式可以方便的對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的零位進(jìn)行識(shí)別處理,克服了以往基于脈沖信號(hào)測(cè)量中無(wú)法在靜態(tài)條件下進(jìn)行零位校正的困難;在獲得動(dòng)態(tài)扭矩載荷的基礎(chǔ)上,基于脈沖計(jì)數(shù)法本文實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量,從而間接實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)軸動(dòng)態(tài)功率的測(cè)量;為了實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)軸因功率調(diào)整、負(fù)載突變、機(jī)械沖擊等動(dòng)態(tài)載荷的檢測(cè),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于多點(diǎn)應(yīng)變同步檢測(cè)和負(fù)延時(shí)測(cè)試存儲(chǔ)的技術(shù)方案,可以獲得動(dòng)態(tài)載荷作用前后的完整過(guò)程�；贏RM與FPGA的協(xié)同工作的方式,設(shè)計(jì)了包含信息獲取與調(diào)理模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)模塊、通訊模塊和上位機(jī)處理軟件的通用測(cè)試系統(tǒng)。以ARM為核心的主控模塊運(yùn)用了UCOSII操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷嗳蝿?wù)的調(diào)度和管理。以FPGA為核心的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)子系統(tǒng),通過(guò)AD模塊與高速模擬開(kāi)關(guān)的配合可以進(jìn)行多通道應(yīng)變信號(hào)的偽同步采集,解決了多點(diǎn)分布測(cè)試的同步性問(wèn)題。通過(guò)合理管理觸發(fā)信號(hào)、測(cè)試時(shí)間以及NandFlash存儲(chǔ)單元的循環(huán)模式,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)測(cè)試所需要的負(fù)延時(shí)存儲(chǔ)功能。在采用WIFI模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)耐瑫r(shí),針對(duì)實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸安全性和低功耗的要求,對(duì)超寬帶UWB和Zigbee通訊的應(yīng)用進(jìn)行了理論性研究。同時(shí)開(kāi)發(fā)了上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)完成對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的控制以及測(cè)試數(shù)據(jù)的處理和顯示。為了驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)性能,于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境選擇傳感器并搭建了模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)了多種測(cè)試實(shí)驗(yàn):完成了通道切換實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能性實(shí)驗(yàn)、相位差及其零位的模擬輸入實(shí)驗(yàn)、對(duì)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)以及轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn),最后在國(guó)防大扭矩載荷計(jì)量站對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)變形測(cè)量的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的轉(zhuǎn)軸動(dòng)態(tài)載荷及多點(diǎn)應(yīng)變的在線測(cè)試,可以達(dá)到預(yù)期的測(cè)試精度。
【圖文】：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文得到的兩個(gè)相位值作差分處理，得到兩路信號(hào)之間的a=b 差值反映了轉(zhuǎn)軸上扭轉(zhuǎn)角的大小，因而可以根據(jù)式(3上述測(cè)量實(shí)現(xiàn)方案不同于傳統(tǒng)方法的主要區(qū)別在于傳而是連續(xù)的模擬正弦信號(hào)，信號(hào)幅度與激光測(cè)頭和色相位差值主要與轉(zhuǎn)軸兩側(cè)所形成的扭轉(zhuǎn)角大小有關(guān)，的位置有關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)法保證兩側(cè)的激光測(cè)頭，因此兩路信號(hào)初始階段將輸出不同的電壓值，即兩即相位差的零位，如圖 3-2 所示。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文率測(cè)量原理中的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法可分為直接法和間接法[13]。本文將一路正弦信號(hào)整形成脈沖信號(hào)，然后采用脈沖計(jì)數(shù)法，由此求出轉(zhuǎn)速值[15]。這種方法比較適合應(yīng)用于轉(zhuǎn)速由對(duì)時(shí)間間隔的測(cè)量決定。中為了提高轉(zhuǎn)速測(cè)量的分辨率，，一般先將生成的脈沖高頻率的基準(zhǔn)脈沖對(duì)倍頻脈沖進(jìn)行測(cè)量[16-17]。基準(zhǔn)脈，因而可以對(duì)信號(hào)脈沖高低電平的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)數(shù)，根度，如下圖 3-3 所示：
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH133.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2644867