高速高低温双滚子试验机的研制

论文摘要

在航空航天和高新工程等复杂技术领域,揭示高温、低温、交变温度、高速重载等导致的极端温度环境下,摩擦副表面结构、润滑性能演变、摩擦副损伤和润滑失效行为之间的本质规律,建立面向航空航天、高新工程应用的润滑抗磨损材料的设计和评价方法成为行业发展的基础科学问题。本文研制了高速高低温双滚子试验机系统,可用于高速重载、高温、低温、润滑、表面状态对高速摩擦副的性能影响及机理研究。确定了试验机系统设计方案。整个系统由试验台机械系统、润滑系统、温度工况模拟、动力装置、加载系统以及测试控制系统组成。并根据机械系统方案完成了试验机系统的机械结构设计。利用Solidworks完成了双滚子试验机的三维建模,用ANSYS对试验机进行了动静特性分析。针对不同等级的温度工况,进行了试验机机体的热—应力耦合分析,与静力分析相比,应力场分布发生了很大变化,热应力已经成为影响最大应力的主要因素。根据分析结果,更换试验机机体材料为QT400-18。完成试验机机体及轴系的模态分析,发现在试验机极限转速范围内存在共振频率。通过合理设计滚子试件的结构,提高活动轴承座与下底座连接的配合精度,可避免试验机工作在危险频率内。确定了测控系统方案,采用上位机、下位机联合实现对系统的测试与控制。用PLC完成下位机软件编程,对试验机进行直接控制及监测。上位机的主控软件由组态王、VB等软件的混合编程完成,将组态王设计的组态模块作为测控软件的核心,可调用振动监测程序、PLC程序,实现系统的运行控制、数据采集与分析、监测报警等功能。完成电气系统的电路图设计,合理选择元器件,搭建了测控系统的硬件平台,并对系统进行了抗干扰的处理。对试验机系统进行安装及测控系统的性能测试,并验证了测控系统的准确性、稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外相关领域研究现状
• 1.2.1 材料的高速摩擦学试验与失效分析现状
• 1.2.2 摩擦疲劳试验机研究现状
• 1.2.3 动静特性分析现状
• 1.2.4 试验台测控系统发展现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 试验机系统方案及结构设计
• 2.1 高速双滚子试验机技术要求
• 2.2 双滚子试验机系统方案
• 2.2.1 工况模拟部分
• 2.2.2 测试控制部分
• 2.2.3 系统安全控制
• 2.3 试验机系统结构设计
• 2.3.1 试验件结构参数设计
• 2.3.2 试验机结构设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 试验机的动静特性分析
• 3.1 有限元分析方案及模型的建立
• 3.1.1 试验机分析的有限元方案
• 3.1.2 有限元模型的建立
• 3.2 试验机机体热—应力耦合分析
• 3.2.1 确定工况条件和分析参数
• 3.2.2 机体热分析
• 3.2.3 热—应力耦合分析
• 3.3 试验机动特性分析
• 3.3.1 动态分析的基本算法—模态分析
• 3.3.2 机体的模态分析
• 3.3.3 输入轴系的模态分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 试验机测试及控制系统设计
• 4.1 试验机测控系统软件平台设计
• 4.1.1 软件设计方案
• 4.1.2 PLC控制程序
• 4.1.3 振动监测分析程序
• 4.1.4 组态模块设计
• 4.1.5 软件集成
• 4.2 测控系统硬件平台设计
• 4.2.1 PLC控制线路设计
• 4.2.2 控制执行电路
• 4.2.3 传感器选择
• 4.2.4 信号采集电路
• 4.2.5 硬件系统的抗干扰
• 4.3 本章小结
• 第5章 试验机装配及测控系统性能测试
• 5.1 机械系统的装配调试
• 5.2 测控系统性能测试
• 5.2.1 硬件安装与测试
• 5.2.2 软件测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢