冲切复合微动磨损试验机的研制及实验研究

摘要

在实际工况中，微动行为极其复杂，不是单一模式的作用，往往是两种或多种基本模式复合的结果。冲切复合微动是指机械零部件在受到冲击力的同时会伴有切向的运动，这两种形式的微动会加剧磨损过程。冲切复合微动磨损现象广泛存在于核电装置、矿山机械、海洋钻井、航空航天、登月工程等领域，带来了巨大的能源浪费和安全隐患。因此，研制出可模拟冲切复合微动磨损工况的试验机具有十分重要的科研价值。
　　本文概述了各工程领域中冲切复合微动磨损的实例，总结了目前国内外冲切复合微动试验机的发展现状、分类和优缺点。根据功能需求和性能指标，设计了一种可实现多种微动形式和多种冲切复合微动模式的冲切复合微动磨损试验机。对冲切复合微动磨损试验机的研制，主要完成了以下工作:
　　(1)完成了冲切复合微动磨损试验机的整机设计
　　主要介绍了试验机的机械系统原理及零部件的选型。首先根据实验要求对试验机进行了需求分析，确定总体的技术指标，并分析得到冲切复合微动试验机的结构原理图。试验机采用了模块化设计，分为伺服升降模块、冲击运动模块及切向运动模块。根据试验机需求，调研了各组成部件的性能、尺寸、成本及采购周期，包括伺服电机、丝杆模组、音圈电机、压电传感器、直线导轨和位移传感器等。然后，利用现代设计方法及工具对整机结构进行了三维设计、结构分析及外观渲染，得到了试验机的初步效果图。
　　(2)设计了冲切复合微动磨损试验机的控制采集系统
　　基于多功能DMC-4030型控制器，对试验机的控制采集系统进行了设计。首先，对系统整体框架进行了设计，然后分别对伺服升降控制系统、两轴运动控制系统及信号采集系统进行了电路设计、电路连接和运动编程。针对不同工况条件，设计了多种运动方式及其运动程序。
　　本文利用该试验机，完成了对Inconel690合金管在不同微动形式（冲击微动、切向微动、冲切复合微动）、不同冲切复合微动模式（单向冲切、双向冲切、多模式组合冲切）以及不同冲击力下的磨损试验，并分析了试样材料的微动行为及磨损行为。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 冲切复合微动磨损国内外相关研究现状

1．2．1 冲切复合微动磨损研究现状

1．2．2 冲切复合微动磨损试验装置研究现状

1．3 本文主要研究意义及内容

第2章 冲切复合微动磨损试验机整机设计

2．1 冲切复合微动磨损试验机需求分析

2．1．1 试验机功能需求

2．1．2 试验机技术指标

2．2 试验机整机结构及其工作原理

2．3 伺服升降模块设计

2．3．1 伺服升降模块系统原理

2．3．2 伺服升降模块部件选型

2．4 冲击运动模块设计

2．4．1 冲击运动模块系统原理

2．4．2 冲击动力源部件选型

2．4．3 冲击动力传动部件选型

2．5 切向运动模块设计

2．5．1 切向运动模块系统原理

2．5．2 切向动力源部件选型

2．5．3 切向动力传动部件选型

2．6 控制采集部件部分

2．6．1 运动控制器选型

2．6．2 采集系统部件选型

2．7 本章小结

第3章 冲切复合微动磨损试验机的控制采集系统设计

3．1 冲切复合微动磨损试验机控制采集系统框架

3．2 伺服升降控制系统设计

3．2．1 伺服升降电路接线设计

3．2．2 伺服升降运动控制程序设计

3．3 两轴运动控制系统设计

3．3．1 两轴运动控制电路设计

3．3．2 两轴运动控制程序设计

3．4 信号采集系统设计

3．5 本章小结

第4章 690合金管的冲切复合微动磨损试验

4．1 试验过程

4．1．1 试验材料

4．1．2 分析与测试

4．2 不同微动形式的影响

4．2．1 磨痕分析

4．3 不同冲切复合微动模式的影响

4．3．1 冲击、切向运行轨迹图

4．3．2 冲击、切向力

4．3．3 磨痕分析

4．4 不同冲击力的影响

4．4．1 冲击、切向运行轨迹图

4．4．2 冲击、切向力

4．4．3 磨痕分析

4．5 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间发表专利及论文