大功率齿轮箱温度与应力测量系统的设计

论文摘要

随着时代的发展,技术的进步,大功率齿轮箱运转的速度越来越高,承受的负载也越来越大,这就要求其朝着高效、高速、高可靠性和高安全性方向发展。如何保障它的正常工作,对于整个系统的安全、可靠运行有着非常重要的意义。轮齿的弯曲疲劳断裂和齿轮轴、轴瓦的高温烧毁是齿轮箱的主要失效形式,因此对齿轮箱齿根应力和齿轮轴温度的监测是齿轮箱正常工作的有利保障。本论文的主要研究内容就是对某船用齿轮箱齿根应力和齿轮轴温度测量系统的关键技术进行研究。本文通过介绍和分析了某船用二级行星齿轮箱的工况,确定了齿根应力和齿轮轴温度测量系统的工作方案：通过基于松散耦合变压器原理的二级非接触感应电能传输系统完成电能的无线传输,选用电阻应变片和PT100作为传感器,STC12LE5A60S2作为微处理器进行数据的在线测量,最后通过无线模块APC220-43将数据传至PC端软件显示。本文分析了非接触感应电能传输的工作原理、主要构成和关键技术,并使用互感模型推导出了松散耦合变压器的数学模型；通过理论和实验验证了非接触感应电能传输系统中松散耦合变压器的结构优化要素；最后通过实验验证了二级非接触感应电能传输系统在齿轮箱测量系统的应用是可行的。本文从低功耗、小体积和高精度三个方面设计了该船用齿轮箱行星轮齿根应力和行星轮轴温度测量的测量方案和硬件电路,文中详细分析了应力和温度的设计过程和设计要点,并最终通过模拟实验验证了该方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景及意义
• 1.1.1 行星齿轮箱的类型
• 1.1.2 行星齿轮箱的失效形式
• 1.2 齿轮箱监测系统的发展与现状
• 1.3 无线供电技术的概述
• 1.3.1 基于松散耦合变压器的无线供电技术
• 1.3.2 基于电磁辐射的无线供电技术
• 1.3.3 基于电磁共振的无线供电技术
• 1.4 应力测量技术的概述
• 1.4.1 光弹性应力测量
• 1.4.2 声弹性应力测量
• 1.4.3 电测技术应力测量
• 1.5 本文的研究内容
• 第2章 齿轮箱温度与应力测量系统的方案设计
• 2.1 行星齿轮箱的工作状况分析
• 2.2 系统设计指标
• 2.3 系统总体结构设计
• 2.3.1 齿根应力测量技术分析
• 2.3.2 温度测量技术分析
• 2.3.3 无线供电技术方案
• 2.3.4 数据传输
• 2.3.5 PC端人机界面
• 2.4 本章小结
• 第3章 温度与应力测量系统设计
• 3.1 应力测量方案的设计
• 3.1.1 齿根应力的分析
• 3.1.2 应力测试的原理
• 3.1.3 行星轮齿根应力测量方法
• 3.2 温度检测方案的设计
• 3.3 测量系统的电路设计
• 3.3.1 微处理器的选择
• 3.3.2 应变电桥
• 3.3.3 应变测量放大电路
• 3.3.4 恒流源电路
• 3.3.5 温度测量放大电路
• 3.3.6 电源电路
• 3.4 测量系统的安装
• 3.5 本章小结
• 第4章 非接触感应电能传输系统设计
• 4.1 非接触感应电能传输系统的工作原理
• 4.2 非接触感应电能传输系统的主要构成
• 4.2.1 原边变换器
• 4.2.2 松散耦合变压器的形式
• 4.2.3 副边电能拾取电路
• 4.2.4 电路的补偿类型
• 4.3 松散耦合变压器的数学模型
• 4.3.1 松散耦合变压器的等效电路模型
• 4.3.2 松散耦合变压器原副边的阻抗分析
• 4.3.3 松散耦合变压器的等效磁路模型
• 4.4 松散耦合变压器的关键问题分析
• 4.4.1 磁芯材料的分析
• 4.4.2 绕组的特性分析
• 4.5 非接触感应电能传输系统的设计
• 4.5.1 原边变换器的设计
• 4.5.2 松散耦合变压器的设计
• 4.5.3 副边拾取电路的设计
• 4.6 非接触感应电能传输系统的安装
• 4.7 本章小结
• 第5章 实验测试与分析
• 5.1 松散耦合变压器的实验与分析
• 5.1.1 铁芯的有无对非接触感应电能传输的影响
• 5.1.2 副边线圈的不同绕制方法对非接触感应电能传输的影响
• 5.1.3 铁芯距离对非接触感应电能传输的影响
• 5.2 非接触感应电能传输的实验与分析
• 5.2.1 非接触感应电能传输系统的一级输电实验
• 5.2.2 非接触感应电能传输系统的二级输电实验
• 5.3 测量电路系统的调试与分析
• 5.3.1 应力测量电路的调试
• 5.3.2 温度测量电路的调试
• 5.4 系统联调
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢