隨著航空航天、造船、冶金、礦山、發(fā)電設(shè)備等行業(yè)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的革新,對于作為實(shí)現(xiàn)工具的重型機(jī)床的加工精度和傳動精度要求越來越高。在重型機(jī)床、超長型機(jī)床等設(shè)備上,由于重載、空間位置等要求,往往采用齒輪齒條傳動代替滾珠絲杠傳動。齒條作為末端傳動件,其位移檢測是實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制的重要環(huán)節(jié)。通常齒條的位移檢測通過安裝如光柵、磁柵等外置傳感器實(shí)現(xiàn),但當(dāng)傳動件超大超長、工作環(huán)境惡劣、工作空間位置受限時,不僅制約了傳感器的安裝便利性,而且很難實(shí)現(xiàn)高精度的位移測量。針對以上問題,本文以時柵傳感原理為基礎(chǔ),提出一種齒條位移檢測方法,即利用機(jī)械等分的齒條作為傳感部件,將時柵傳感器測頭內(nèi)嵌(或傍置)到機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部,二者有機(jī)的組成一組位移檢測單元。采用該方法設(shè)計(jì)的傳感器測頭體積小,便于與機(jī)械系統(tǒng)中本身存在的齒條集成裝配。同時,這種傳感器設(shè)計(jì)方法繼承了時柵傳感器環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、精度性能好、性價比高的優(yōu)勢。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)通過研究時柵位移傳感器的傳感機(jī)理和變壓器模型,提出了一種基于嵌入式時柵技術(shù)的齒條位移檢測方法,并對位移檢測單元的信號發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了相關(guān)分析。(2)通過研究傳感器信號發(fā)生機(jī)理,對齒條位移檢測單元的物理模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過ANSOFT MAXWELL對齒條位移檢測單元進(jìn)行電磁場仿真,并根據(jù)仿真結(jié)果對物理模型進(jìn)行優(yōu)化。(3)根據(jù)齒位移檢測單元的測量原理及其輸出信號特點(diǎn),進(jìn)行電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(4)開展樣機(jī)制作、實(shí)驗(yàn)平臺搭建工作,進(jìn)行原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和性能測試實(shí)驗(yàn),通過精度實(shí)驗(yàn)可知原始誤差峰峰值約為108μm,并通過FFT對原始誤差進(jìn)行誤差分析。綜上所述,本文通過研究時柵傳感原理,提出了一種齒條位移檢測方法,設(shè)計(jì)了齒條位移檢測單元的模型結(jié)構(gòu)。通過仿真軟件對模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并以此為基礎(chǔ)開展了實(shí)驗(yàn)研究。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,明確了齒條位移檢測單元的主要誤差來源。
【學(xué)位單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG86
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題的背景、來源和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 傳統(tǒng)嵌入式位移傳感器
        1.2.2 時柵位移傳感器
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
2 基于嵌入式時柵技術(shù)的齒條位移檢測原理
    2.1 時柵工作原理
        2.1.1 時柵測量原理
        2.1.2 行波合成方法
    2.2 齒條位移檢測原理
        2.2.1 信號產(chǎn)生機(jī)理
        2.2.2 位移解算方法
    2.3 本章小結(jié)
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化
    3.1 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.1.1 等齒距式齒條位移檢測單元
        3.1.2 不等齒距式齒條位移檢測單元
    3.2 電磁場仿真
        3.2.1 電磁場有限元法
        3.2.2 仿真模型
        3.2.3 模型仿真
    3.3 誤差分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        3.3.1 誤差分析
        3.3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    3.4 本章小結(jié)
4 齒條位移檢測單元電氣系統(tǒng)
    4.1 電氣系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)
    4.2 電源電路
    4.3 激勵電路
    4.4 信號處理電路
        4.4.1 放大合成電路
        4.4.2 濾波電路
        4.4.3 波形轉(zhuǎn)換電路
    4.5 通訊接口電路
    4.6 上位機(jī)
    4.7 本章小結(jié)
5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.1 樣機(jī)試制
    5.2 實(shí)驗(yàn)平臺
    5.3 原理性實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 駐波驗(yàn)證
        5.3.2 行波驗(yàn)證
    5.4 性能測試實(shí)驗(yàn)
        5.4.1 示值穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)
        5.4.2 精度實(shí)驗(yàn)
    5.5 誤差分析
    5.6 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2870620