轴承套圈应力场测试扫描系统研制

摘要

轴承元件表面的应力分布是高速航空轴承的重要状态参数，元件表面残余应力和工作载荷下的工作应力对轴承疲劳寿命具有重要影响。通过测量残余应力场和实际工作应力场，分析应力场对疲劳寿命的影响，可总结出有效提高轴承疲劳寿命的应力特征，为轴承设计和加工提供依据。目前应力的测试只是对自由状态下的轴承进行测试，无法测试工作应力，而且应力测试多为单点测试，轴承元件表面的应力分布信息不够直观。本文基于单点测试的X射线应力测试仪，研制测试过程中的轨迹扫描装置和鼠笼结构加载装置，实现轴承元件残余应力场和工作载荷下表面应力场的合成和应力分布的测试。本文的主要研究工作如下：
　　首先，研制了表面残余应力场测试的轨迹扫描机械装置，通过多维运动台和应力测头的垂直移动，实现预定的测试轨迹扫描运动。研制带鼠笼结构的航空轴承套圈工作应力场测试的加载与扫描机械装置，通过电动缸加载和轨迹扫描，实现了鼠笼结构工作应力场测试的工作载荷施加和测试轨迹扫描运动。
　　其次，开发了轨迹扫描的多维运动控制系统和工作载荷加载控制系统。轨迹扫描控制采用多轴运动的步进电机驱动，加载控制采用电动缸和终端力传感器闭环伺服控制，搭建了系统的电气驱动控制硬件系统，编写了多轴步进电机驱动控制和伺服加载控制系统的用户控制程序。
　　最后，进行了轨迹扫描台的运动学计算，得到了应力测试点的扫描轨迹坐标的合成算法，结合应力测试点的应力值和扫描轨迹，编写了应力场扫描测试程序，将坐标值与由应力测量得到的应力值拟合得到应力云图。进行了应力场扫描系统的测试试验，对系统轨迹扫描功能、伺服加载性能和应力云图合成功能等进行了测试，验证了所研制系统的实用性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究目的和意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 应力分析仪国内外研究现状

1.2.2 轨迹规划的国内外研究现状

1.2.3 运动控制技术的国内外研究现状

1.2.4 国内外研究现状简析

1.3 本文主要研究内容

第2章 应力场测试扫描系统机械部分研制

2.1 引言

2.2 X射线测量仪工作方式

2.3 整机总体设计方案

2.4 鼠笼加载扫描台机械部分研制

2.4.1 鼠笼加载扫描台技术要求及总体方案设计

2.4.2 鼠笼加载扫描台扫描运动部分设计

2.4.3 鼠笼加载扫描台加载部分设计

2.5 应力场五维测绘系统机械部分研制

2.5.1 应力场五维测绘系统技术要求

2.5.2 应力场五维测绘系统电控台自由度的确定

2.5.3 应力场五维测绘系统机械部分搭建

2.6 本章小结

第3章 应力场测试扫描系统控制系统研制

3.1 引言

3.2 扫描测试系统总体控制方案设计

3.2.1 鼠笼加载力闭环控制

3.2.2 鼠笼扫描测试系统控制

3.2.3 应力场五维测绘系统的控制

3.3 实验台整机

3.4 本章小结

第4章 应力云图合成与系统验证

4.1 引言

4.2 应力场五维测绘系统应力云图合成与系统验证

4.2.1 应力场五维测绘系统应力云图合成运算

4.2.2 应力场五维测绘系统运算定位精度的验证

4.2.3 应力场五维测绘系统上应力云图的产生

4.3 鼠笼加载力闭环控制系统验证

4.4 鼠笼扫描测试系统应力云图合成验证

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢