數(shù)控機(jī)床作為機(jī)械加工的關(guān)鍵裝備,是實現(xiàn)高端裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分。滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵功能部件,由于長時間承受高速運(yùn)轉(zhuǎn),載荷沖擊和高溫等因素作用,不可避免的會出現(xiàn)磨損,性能退化等現(xiàn)象而導(dǎo)致傳動精度下降,嚴(yán)重影響著數(shù)控機(jī)床加工精度和工件質(zhì)量。為了實時監(jiān)測滾珠絲杠副的運(yùn)行狀態(tài)和感知其性能狀況,本文研究了滾珠絲杠副健康評估和狀態(tài)預(yù)測方法,提出了基于性能退化狀態(tài)階段劃分的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長短時記憶網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的預(yù)測模型,基于該評估模型逐步構(gòu)建了從數(shù)據(jù)采集到智能維護(hù)平臺的完整預(yù)防性維護(hù)架構(gòu)。主要研究內(nèi)容如下:（1）針對滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性,分析滾珠和滾道的接觸特性、研究滾珠和滾道的摩擦和磨損特性以及接觸應(yīng)力和摩擦力矩對滾珠絲杠副磨損、疲勞失效的影響,分析其性能退化機(jī)制以及導(dǎo)致其性能退化和失效原因的主要因素,以及其性能退化規(guī)律,構(gòu)建滾珠絲杠副性能退化評估方法、評估模型和智能預(yù)測與維護(hù)體系。（2）針對如何獲取滾珠絲杠副性能退化趨勢和狀態(tài)劃分問題,提出了基于核主成分分析,馬氏距離變換以及DBSCAN密度聚類的方法。利用核主成分分析對滾珠絲杠副狀態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行降維,提取出表... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于滾珠絲杠副智能健康維護(hù)技術(shù)框架

第一章緒論-10-圖1-3論文內(nèi)容架構(gòu)Fig.1-3Thecontentstructureofpaper第一章：簡要介紹論文研究背景和意義，綜述了國內(nèi)外滾珠絲杠副健康評估和性能預(yù)測的發(fā)展現(xiàn)狀，理論方法和研究成果，最后介紹了本文的研究思路和研究內(nèi)容。第二章：首先介紹了滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性，對滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)和受力情況進(jìn)行了分析。研究滾珠和滾道的摩擦和磨損特性，分析了滾珠絲杠副的性能退化機(jī)制，闡述了導(dǎo)致其性能下降和失效原因的主要因素，提煉表征滾珠絲杠副性能下降指標(biāo)，構(gòu)建性能退化評估方法、評估模型和智能預(yù)測與維護(hù)體系。第三章：介紹了基于KPCA降維，馬氏距離變換以及DBSCAN密度聚類的滾珠絲杠副性能狀態(tài)階段劃分的方法和原理。給出了具體的數(shù)據(jù)特征提取方法，采用KPCA降維提取出表征能力強(qiáng)的特征，并對降維后的特征進(jìn)行馬氏距離轉(zhuǎn)換映射到一維表征空間得到滾珠絲杠副的性能退化趨勢，最后通過DBSCAN密度聚類的方法對滾珠絲杠副的退化趨勢進(jìn)行聚類，將非單調(diào)變化的退化過程劃分為多個離散的健康階段，實現(xiàn)了基于時序序列的退化狀態(tài)趨勢階段的有效劃分，得到滾珠絲杠副各個性能狀態(tài)標(biāo)簽，將健康狀態(tài)估計問題轉(zhuǎn)化為多階段的分類問題。第四章：詳細(xì)闡述了基于CNN-LSTM深度學(xué)習(xí)的滾珠絲杠副性能評估與預(yù)測方法。首先介紹了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和長短時記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）模型的基

第二章滾珠絲杠副性能退化機(jī)理和評估方法研究-12-第二章滾珠絲杠副性能退化機(jī)理和評估方法研究滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床主要進(jìn)給功能部件，其性能狀態(tài)直接影響著數(shù)控機(jī)床的傳動精度。滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特性和受力方式與其性能退化機(jī)理和過程密切相關(guān)。本文首先介紹了滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并根據(jù)其載荷特性建立了摩擦力矩力學(xué)模型，接著對其性能退化機(jī)制進(jìn)行了分析，根據(jù)其退化特性，闡述了滾珠絲杠性能評估方法。2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床中將絲杠回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動常用的傳動裝置，它以滾珠的滾動代替絲杠與螺母之間的滑動，以減少摩擦，主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道等組成，其結(jié)構(gòu)原理如圖2-1所示1-絲杠2-螺母3-滾珠4-回珠管道圖2-1滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)原理圖Fig.2-1Structuralschematicdiagramofballscrew滾珠絲杠副常用的循環(huán)方式有兩種：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。滾珠在循環(huán)滾動過程中始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)式。滾珠在返回過程中與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)式。與內(nèi)循環(huán)相比，外循環(huán)滾珠絲杠副的滾珠在循環(huán)返回裝置中的運(yùn)動是依靠后面滾珠的推力推動向前運(yùn)行，滾珠不受滾動力偶作用，因而滾珠沒有滾動運(yùn)動，只作滑動運(yùn)動，因此，外循環(huán)摩擦力矩值一般較大。


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