虚拟仪器在汽车变速器寿命试验台状态监控中的开发与应用

摘要

随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化发展。虚拟仪器(VirtualInstrument)是现代计算机技术、仪器技术及其他新技术完美结合的产物，其强大的功能已完全超出了仪器概念本身。设备状态监控技术不仅可以保证产品质量，提高经济效益，而且可以及早发现故障隐患、避免事故的发生。 本论文主要是针对汽车变速器寿命试验台的状态监控系统来论述的。汽车变速器寿命试验台是专门测试汽车变速器箱寿命的一个试验装置，通过测得的各种参数以便更好地为生产汽车变速器提供依据。本系统的设计主要是对变速器的转矩、转速、振动和油温等进行监控，并对出现的问题进行相应的处理(如报警、停车、启动降温设备等)。为了达到这个目的，本系统利用虚拟仪器技术构建了状态监控系统的硬件平台，用BorlandC++Builder和LabWindows/CVI为软件开发平台，开发了此监控系统。在开发此监控系统过程中，主要做了以下工作： 首先对基于虚拟仪器的状态监测系统的硬件构成进行了阐述，特别是对主要的硬件如传感器、数据采集卡等作了详细的分析。其次是对软件开发平台BorlandC++Builder和LabWindows/CVI进行了介绍。经过多次测试，在进行应用系统软件开发时，用不同的操作系统环境(Windows98和WindowsNT)调用高级语言函数和用不同的编程语言(同在Windows98下使用汇编语言和使用高级语言函数调用)来进行测量试验，得出的测量结果精度不相同，并对其原因进行了分析。在转矩和转速测试过程中，采用了计时法和计数法分别进行测量，并在测量精度和测量速度方面作了比较。计时法测量精度受操作系统的影响，而计数法测量精度则与CPU的速度有关。最后对变速器箱出现的故障进行了分析，由于它的故障60﹪都出现在齿轮上，所以对齿轮的故障诊断是非常必要的。本文设计的虚拟时域频谱分析仪，可以对齿轮的振动信号进行在线或离线的时域分析、功率谱分析、幅值谱分析、对数谱分析和细化谱分析等，这些能够初步达到对齿轮故障诊断的目的。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1课题的研究背景和研究意义

1.2虚拟仪器的概念及其组成特点

1.2.1虚拟仪器的概念

1.2.2虚拟仪器的特点

1.2.3虚拟仪器的基本构成

1.3机械状态监控及故障诊断的概况

1.3.1机械状态过程监控对象

1.3.2机械状态过程监控与故障诊断研究的主要内容

1.3.3机械状态监控方案

1.4本论文研究的主要内容

2状态监测系统的硬件开发与设计

2.1概述

2.2汽车变速器寿命试验台的结构

2.3该系统被测物理量的需求分析

2.3.1转矩监测

2.3.2转速监测

2.3.3温度监控

2.3.4振动监测

2.4测试系统硬件的选择

2.4.1温度传感器

2.4.2转矩传感器

2.4.3加速度传感器

2.4.4光电转速传感器

2.4.5电荷放大器

2.4.6接口箱

2.4.7采集卡

2.5小结

3软件开发工具简介

3.1软件开发平台

3.2 Borland C++Builder的介绍

3.2.1 Borland C++Builder的产生背境

3.2.2 Borland C++ Builder的特点

3.3 Labwindows/CVI的简介

3.3.1 Lab Windows/CVI的功能

3.3.2 Lab Windows/CVI程序开发过程

3.4小结

4软件开发及其关键技术的设计

4.1转矩的测量

4.1.1转矩测量原理

4.1.2传感器原理

4.1.3测量方法

4.2计时法测转矩的基本原理

4.3在不同的测试环境下，占空比与频率测试精度的比较

4.4数字计数法测转矩

4.4.1数字计数法测转矩原理

4.4.2数字计数法测转矩的实现

4.4.3数据的处理

4.5温度的测量

4.5.1测温原理

4.5.2金属丝热铂电阻测温仪

4.5.3测温系统结构

4.5.4用铂丝热电阻的优缺点

4.6振动测量

4.6.1振动测量要求

4.6.2测振系统结构

4.7转速的测试

4.7.1用光电转速传感器

4.7.2公式法

4.8计时法和计数法的比较

4.9小结

5齿轮箱的故障诊断

5.1故障诊断机理

5.2变速箱的故障特点

5.2.1变速箱的结构

5.2.2齿轮箱振动机理

5.2.3齿轮失效特征

5.2.4齿轮振动信号的频率结构

5.2.5齿轮故障振动信号分析的常用方法

5.2.6齿轮振动状态识别方法

5.3虚拟频谱分析仪的设计

5.3.1时域分析

5.3.2滤波

5.3.3频域分析

5.3.4数据保存与回放

5.4齿轮振动建档

5.5 小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致 谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录