【摘要】：軸承跑合裝置測試系統(tǒng)是一套專用于軸承性能測試評價(jià)的系統(tǒng),是地面測試中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為保證設(shè)備的可靠性,用于轉(zhuǎn)向的專用軸承在噴涂固體潤滑劑之后需要進(jìn)行跑合以保證接觸面的光滑度,同時(shí)監(jiān)測跑合過程中的摩擦力作為主要的反饋指標(biāo)。本文介紹了低速軸承跑合裝置測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程,進(jìn)一步研究了摩擦力反饋參與跑合控制算法。文章首先從實(shí)際任務(wù)出發(fā),對系統(tǒng)的整體需求進(jìn)行詳細(xì)分析,制定了一系列的技術(shù)指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,分別從系統(tǒng)硬件、上位機(jī)軟件和系統(tǒng)控制算法三個(gè)角度,對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行描述。在研制過程中,考慮到系統(tǒng)要求的高精度和高時(shí)效性,擬采用傳統(tǒng)的PID控制方式對電機(jī)進(jìn)行控制,但甲方在轉(zhuǎn)速控制方面提出更高要求。由于軸承表面的粗糙程度不同,摩擦力矩分布未知,造成轉(zhuǎn)速波動較大,控制的穩(wěn)定性較差。因此本課題將原有的PID事后控制算法改為事先預(yù)測方法,在傳統(tǒng)的反饋控制基礎(chǔ)上,添加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋補(bǔ)償器,通過線下學(xué)習(xí),得到軸承不同位置摩擦力矩的分布情況,進(jìn)而得到不同位置對應(yīng)的電流補(bǔ)償量。在跑合過程中,控制系統(tǒng)根據(jù)已經(jīng)得到的補(bǔ)償規(guī)律,對電機(jī)在不同位置的電流控制信號進(jìn)行預(yù)先調(diào)整,變被動調(diào)節(jié)為主動調(diào)節(jié),降低轉(zhuǎn)速波動程度,提高跑合過程的穩(wěn)定性。通過對兩種控制算法進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),可發(fā)現(xiàn)摩擦力矩預(yù)測與PID控制結(jié)合的控制算法具有良好的控制效果。低速軸承跑合裝置測試系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)均采用模塊化思想,按功能進(jìn)行模塊劃分。硬件裝置作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),包括真空模塊、力加載模塊、傳感測量模塊、軸承安裝模塊等物理結(jié)構(gòu);軟件作為控制中樞則主要實(shí)現(xiàn)軸承驅(qū)動、預(yù)定跑合、報(bào)告生成等操作功能。且系統(tǒng)使用統(tǒng)計(jì)顯著性檢驗(yàn)分析方法,對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證,得到軸承特性的技術(shù)指標(biāo),為技術(shù)人員的評估提供借鑒。
【圖文】：

實(shí)際生產(chǎn)誤差所導(dǎo)致的裝卸過程困難。安裝模塊的螺釘可手動拆卸調(diào)整松緊，因此可應(yīng)用于多種軸承，為了適應(yīng)不同軸承據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行更換，方便快捷。3.2.2. 力加載模塊為避免加載力電機(jī)驅(qū)動加載力過大過猛對軸承造成破壞，電機(jī)加載力與軸承接觸面碟狀彈簧進(jìn)行緩沖。緩沖過程包括手動階段和自動階段。手動階段是由測試人員設(shè)載力大小，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值對加載力電機(jī)發(fā)送控制指令，電機(jī)開始向指定位置，傳感器接觸器與電機(jī)面逐步貼合。該過程實(shí)質(zhì)為預(yù)加載過程。當(dāng)人工調(diào)節(jié)到指定范圍內(nèi)后，減速器開始通過減速比轉(zhuǎn)化電機(jī)轉(zhuǎn)速，擠壓下面的彈簧，進(jìn)入自動階段。圖 3-1 為真空加載力電機(jī)電氣連接圖。在圖 3-1 中，P1 為 PMAC 控制板，，用于給啟動/停止、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、當(dāng)前位置等信號。DCT_8B 為 PMAC 轉(zhuǎn)接板，起保護(hù)電。P3 和 P4 為電機(jī)驅(qū)動器。M1 和 M2 為加載力電機(jī)。

圖 3-2 加載力采集電氣連接圖3.2.4. 真空系統(tǒng)模塊真空模塊由兩部分構(gòu)成：真空室和控制電機(jī)。低速軸承的工作環(huán)境多數(shù)為真空環(huán)境常真空環(huán)境空氣稀�。ㄒ话銢]有絕對真空的環(huán)境），該環(huán)境中沒有熱對流，只有熱和輻射[33]。電機(jī)在真空中散熱比較困難。故該類電機(jī)必須要耐受高溫，真空中正是散熱困難等原因，普通電機(jī)耐溫通常是在 130 度以下，超過這個(gè)溫度，電機(jī)將產(chǎn)生降低、線材軟化、永磁材料退磁甚至造成永久損害[34]。因此，為更好的模擬真實(shí)工境下軸承的工作狀態(tài)，本課題應(yīng)選用更符合條件的真空電機(jī)，即可以應(yīng)用在真空環(huán)的耐高溫、耐真空、低出氣的特殊電機(jī)。3.2.5. 跑和驅(qū)動模塊該模塊驅(qū)動軸承進(jìn)行跑合。對于軸承的跑合不需過高轉(zhuǎn)速，一般維持在 100rpm 以即可。為保證提高系統(tǒng)工作過程的穩(wěn)定性，同時(shí)考慮的不同類型電機(jī)的自身特性，伺服電機(jī)驅(qū)動。同時(shí)，由于伺服電機(jī)多應(yīng)用于高速運(yùn)動環(huán)境，所以搭配減速器來進(jìn)處理，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在低速情況下的穩(wěn)定驅(qū)動。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V416.8

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本文編號：2594598