【摘要】： 彈性流體動力潤滑(簡稱彈流潤滑)為點、線接觸機械零部件的主要潤滑形式,其油膜厚度與形狀是決定機械零部件潤滑效率的主要因素。受各種因素的影響,機械零部件的彈流潤滑油膜形狀和厚度在工作期間通常是動態(tài)多變的。近年來,彈流潤滑的實驗研究,特別是動態(tài)條件下的油膜測量,已成為提高機械零部件潤滑效率的研究熱點。目前在非穩(wěn)態(tài)條件和自旋條件下的彈流潤滑實驗中,尚存在測量裝置的伺服控制手段簡單和實際運動控制效果與實驗設計存在較大差別等問題。為此,對現(xiàn)有變速變載等非穩(wěn)態(tài)條件和自旋條件下的彈流潤滑油膜測量裝置的控制系統(tǒng)和控制算法進行改進,對于提高彈流油膜測量系統(tǒng)的測量精度,以及進一步探索苛刻條件下彈流潤滑的基礎實驗研究和理論分析有較好的實際意義。 現(xiàn)代數(shù)控技術的發(fā)展,為高精度彈流潤滑油膜測量系統(tǒng)的研制提供了強有力的軟硬件支持。在回顧彈流潤滑研究現(xiàn)狀的基礎上,分析總結了目前國內(nèi)外學者主要采用的彈流潤滑實驗研究方法。根據(jù)彈流潤滑油膜測量系統(tǒng)對速度控制的特殊精度要求,結合現(xiàn)代數(shù)控技術提出了一種基于智能運動控制理論的彈流潤滑實驗伺服運動控制方法,對光干涉彈流油膜測量儀和光干涉自旋彈流油膜測量儀的運動控制系統(tǒng)進行改進,以探索非穩(wěn)態(tài)和自旋條件下彈流潤滑的真實工作狀況,并在預定運動方式下開展彈流油膜厚度和形狀隨速度、載荷和旋滑比等因素變化的實驗研究。 在光干涉彈流油膜測量系統(tǒng)中,速度伺服系統(tǒng)的控制參數(shù)和結構參數(shù)是影響速度伺服系統(tǒng)性能的主要因素,且具有時變性和不確定性,采用單一的控制策略很難達到提高速度伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能的目的。在綜合自適應控制、模糊控制以及常規(guī)PID控制算法優(yōu)點的基礎上,按照模塊化設計原則設計出自適應模糊PID(Self-adaptive Fuzzy PID, SAF-PID)智能雙模伺服控制算法,對在不同工作狀態(tài)下的模糊控制比例因子和規(guī)則因子利用Matlab仿真軟件進行優(yōu)化選擇調(diào)整,使得整個控制器能夠根據(jù)系統(tǒng)在不同的響應階段和性能指標,自動調(diào)整控制參數(shù)、自動切換控制算法,以適應速度伺服系統(tǒng)在不同的工作狀態(tài)下的動態(tài)性能要求。 為驗證本研究設計的SAF-PID智能雙模速度伺服控制算法的有效性,首先利用Matlab仿真軟件對速度伺服系統(tǒng)在實際工況下的性能進行模擬分析:通過仿真智能雙�？刂破鞯碾A躍響應曲線和誤差響應曲線驗證整個控制算法的快速性、穩(wěn)定性和準確性;通過人為在不同時間段加若干不同程度的干擾信號模擬控制結構參數(shù)和負載質(zhì)量等主要參數(shù)的時變性和不確定性,以此驗證整個控制器在不同響應階段的控制參數(shù)自動調(diào)整、控制算法切換、系統(tǒng)的跟隨精度和速度伺服系統(tǒng)的抗干擾能力。將此智能速度伺服控制算法用于控制純滑動條件下的彈流潤滑啟動過程,以期與經(jīng)典的實驗結果和數(shù)值分析結果相比較,初步驗證算法的有效性。 將SAF-PID智能雙模控制算法用于光干涉彈流油膜測量儀,在周期間歇卷吸條件下開展了彈流潤滑的實驗研究,發(fā)現(xiàn)了以下問題:周期性的間歇卷吸運動導致彈流接觸區(qū)存在明顯的封油現(xiàn)象;啟動過程的速度干擾效應可產(chǎn)生局部增厚油膜,該局部油膜以卷吸速度通過赫茲接觸區(qū);在動態(tài)間歇卷吸條件下界面滑移仍可產(chǎn)生入口凹陷;入口凹陷的出現(xiàn)與速度和一個周期的高速段的持續(xù)時間有關;間歇卷吸運動中滑移產(chǎn)生的凹陷不隨表面移動。 在光干涉自旋彈流油膜測量儀上應用SAF-PID智能速度伺服控制算法,研究了自旋對油膜形成過程的影響并得出以下結論:通過實驗驗證了在傳統(tǒng)滾動/滑動彈流潤滑研究時鋼球-玻璃盤接觸條件下的自旋運動可以通過調(diào)節(jié)球盤接觸中心與旋轉(zhuǎn)中心間的偏心距的大小來進行抑制,并且旋滑比的大小亦由偏心距來控制;當旋滑比增大時,傳統(tǒng)彈流潤滑研究所觀測到的經(jīng)典馬蹄型油膜形狀發(fā)生了嚴重扭曲,并且旋滑比越大,油膜厚度越薄;油膜厚度對卷吸速度的依賴關系在很大程度上受旋滑比的影響,較低側的油膜厚度具有較大的速度指數(shù),并且隨著旋滑比的減小,兩側的速度指數(shù)趨于相近,高速時,垂直于卷吸速度方向兩側的油膜厚度的差別也越大;實驗結果表明,在彈流潤滑接觸條件下載荷的增加會加重旋滑的效果,導致兩側的油膜厚度差別加大,油膜厚度減小,馬蹄型外觀更加扭曲。
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第一章 緒論3對于減小有害摩擦、降低磨損、提高機械零件的使用壽命和生產(chǎn)效率具有重大的現(xiàn)實意義[15-21]。1.2 彈流潤滑的研究現(xiàn)狀1.2.1 穩(wěn)態(tài)/準穩(wěn)態(tài)彈流潤滑的研究現(xiàn)狀二十世紀五十到六十年代，Dowson 等[22]通過線接觸數(shù)值分析獲得彈流油膜的經(jīng)典特征——中央扁平接觸區(qū)，，出口頸縮和二次壓力峰，如圖 1. 1(a)所示。稍后 Crook 的電容法實驗證明了 Dowson 等理論分析的正確。20 世紀 60 年代，Cameron 等[23, 24]首次利用光干涉技術成功觀測到典型的點接觸彈流油膜的經(jīng)典馬蹄形特征，如圖 1. 1(b)所示。1972 年，Chiu 和 Sibley[25]用粘性聚丁烯潤滑油

楊沛然等的數(shù)值解與Kaneta等的實驗結果之比較
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TH117.2

【引證文獻】

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1 董立春;凹坑型仿生形態(tài)汽車齒輪耐磨性能試驗研究與數(shù)值模擬[D];吉林大學;2010年

本文編號：2704909