軸承作為現(xiàn)代機械設備的“關節(jié)”,在國民經(jīng)濟建設中有著舉足輕重的地位。軸承滾動體是軸承中最核心的零部件,其制造質(zhì)量直接決定軸承運行性能。而鋼球作為最常用的一種軸承滾動體,對其檢測水平的提升能促進軸承行業(yè)的快速發(fā)展。作為鋼球加工生產(chǎn)的首道工序,冷鐓成型至關重要,必須使用有效手段加以監(jiān)控。冷鐓力的信號特征可以反映鋼球冷鐓機的生產(chǎn)狀態(tài),但目前所使用的測力傳感器存在一定的局限性,不能完全滿足冷鐓力測量中對重載、高動態(tài)和三維力測量的要求。因此,展開了鋼球冷鐓成型用支撐式PVDF三維力傳感器的研究。首先,建立了鋼球冷鐓機上模的運動規(guī)律數(shù)學模型,利用DEFORM仿真軟件對鋼球冷鐓過程進行計算和分析,獲得了冷鐓成型過程中冷鐓機底模的實時載荷信號,發(fā)現(xiàn)了底模載荷的內(nèi)在變化規(guī)律,證明了通過提取底模載荷信號來監(jiān)測鋼球冷鐓成型質(zhì)量的可行性。其次,針對鋼球冷鐓成型過程中的底模載荷信號的特點,對比了不同壓電材料的特性,選取了適合的力敏元件。結(jié)合PVDF壓電薄膜三維力測量原理、力敏元件布局分析、傳感器并聯(lián)分載原理和PVDF壓電薄膜面域分割技術(shù),運用理論分析和ANSYS仿真分析相結(jié)合的方法,完成了鋼球冷鐓成型用支撐式P... 

【文章來源】：濟南大學山東省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋼球常用檢測方法

?岢�、高刀\?埠突?魅酥岢小⒎緄韁岢械榷愿咝閱苤岢懈智虻鬧柿懇?蟆?因此，迫切需要開展冷鐓過程中高性能軸承鋼球的組織性能控制技術(shù)研究，從而揭示鋼球冷鐓成型過程中其內(nèi)部應力變化及分布規(guī)律。冷鐓機床正朝著多工位、快節(jié)奏、自動化方向發(fā)展，加工速度高，生產(chǎn)能力可達幾百粒/分鐘，增加了冷鐓力動態(tài)實時測量難度。大量仿真分析和實驗數(shù)據(jù)表明，鋼球冷鐓成型時瞬時承受重載、強沖擊載荷作用，因此重載測量也是需要解決的技術(shù)問題[31]。坯料在整個鐓制過程中的受力是實時改變的，冷鐓開始時坯料同模具是線接觸的，如圖1.2所示，主要受模具同料段接觸部分沿沖頭方向的單向壓力作用，隨著坯料的變短變粗直至逐漸充滿模具型腔，坯料逐漸受到圓形模具型腔表面的約束力，所以坯料的受力狀況由開始的單向壓力狀態(tài)變化為多向壓應力狀態(tài)，因此無形之中增加了多維力測量和監(jiān)控的難度[32]。圖1.2鋼球模具受力圖載荷信號在沖壓過程監(jiān)測和故障診斷方面起著重要的作用。分析載荷信號的波形變化不僅能判斷沖壓過程的實時狀態(tài)，而且還能有效預測出鋼球成品的質(zhì)量。Koh和L.Capan分析載荷信號監(jiān)測車身曲板生產(chǎn)過程[33]。J.H.Jin和J.J.Shi分將應變傳感器安裝在壓力機支柱上采集正常工況下的應變信號（間接反應載荷信號）的波形，以壓力機的曲軸角度作為參考軸X，將一個沖壓循環(huán)分成兩個工位的信號[34]。Q.He通過基于時頻流形的稀疏信號重構(gòu)對滾動軸承故障特征增強進行了研究，實現(xiàn)了特征提取和載荷信號的識別[35]。上海交通大學的董亦非對沖壓波形監(jiān)測并研究了鑒別算法，實現(xiàn)了信號的分析和特征提取[36]。韓國大學的J.H.Kim等研究了復雜鍛造過程的信號分析故障質(zhì)量監(jiān)測[37]。浙江大學的雷勇教授通過自動監(jiān)測多工位鍛造過程中的載荷信號，實現(xiàn)了丟

蚶滹娉尚陀彌С攀絇VDF三維力傳感器研究6中結(jié)構(gòu)設計加工簡化的一維傳感器，利用四周高剛度彈性體并聯(lián)中間低剛度彈性薄片結(jié)構(gòu)和截面突變結(jié)構(gòu)分別設計測力平臺對切削分力Fx和Fy與Fz的敏感元件。馬振政[49]設計了炸藥裝藥PVDF應力傳感器，通過落錘實驗研究了傳感器的頻率響應特性，并進行了實際模擬研究。孫宏帥[50]等運用壓電薄膜的優(yōu)良壓電特性，制成了螺旋形懸臂梁結(jié)構(gòu)的地震檢波器，為PVDF的應用開拓了新思路。課題組成員沈文眾[51]和張琦[52]分別對鋼球冷鐓成型運動展開了研究，并設計了壓電薄膜一維力傳感器（見圖1.3），實現(xiàn)了對鋼球冷鐓時的軸向力的測量，但該傳感器不能實現(xiàn)多維力測量。圖1.3壓電薄膜一維力傳感器1.2.3傳感器靜動態(tài)標定一種新型的傳感器在設計制造完成后，需要對其設計指標進行驗收。修理后或定期應對傳感器的主要性能指標進行校驗，使其性能達到最佳狀態(tài)。以較高等級的儀器設備為評定依據(jù)，對傳感器的靜、動態(tài)特性進行嚴格檢測，這個過程就是傳感器的靜、動態(tài)標定[53]。靜態(tài)標定時，對被標傳感器施加的載荷是恒定的靜態(tài)力，施加在不同靜態(tài)力，測試被標傳感器在不同力下的變形規(guī)律，從而確立傳感器的靜態(tài)特性。研究傳感器的靜態(tài)特性主要考慮隨機變化和非線性(線性誤差)等的影響因素。力傳感的靜態(tài)性能指標有靈敏度、線性度、重復性、遲滯性和精度等[54]。目前，傳感器靜態(tài)標定的方法己趨于成熟，但此方法不足之處在于只能得出被標傳感器的靜態(tài)靈敏度及相關特性參數(shù)，適用于標定應變式或壓阻式等低頻特性好的壓力傳感器。而對于壓電式ICP型或高阻抗輸出型的傳感器而言，由于這類傳感器構(gòu)成的測量系統(tǒng)的低頻特性不夠理想[55,56]，因此，采用靜態(tài)標定時這類傳感器往往會出現(xiàn)漂移的現(xiàn)象。用靜態(tài)標定法無法?

【參考文獻】：
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本文編號：3545379