螺纹拧紧力矩控制技术研究

摘要

在航空发动机零部件的联接工作中，螺纹联接是非常重要的联接方式，其联接质量影响着发动机的装配质量和整体运行性能。螺纹自动拧紧装备是集螺纹拧紧技术、自动控制技术为一体，实现螺纹自动联接功能，具有联接可靠、适应复杂联接装配工艺、工作效率高等优点的装置，在航空发动机装配中的螺纹联接具有很大的应用前景。由于发动机内腔空间狭小、螺纹联接工艺性差、拧紧力矩控制精度要求高的限制，螺纹自动拧紧装备拧紧力矩的高稳定和高精度控制成为主要难点;而且，高精度的拧紧力矩控制可减小螺纹预紧力的离散性，从而保证发动机的联接质量。因此，针对螺纹自动拧紧装备的拧紧力矩控制问题展开研究具有十分重要的工程意义。 本文针对航空发动机螺纹自动拧紧装备的拧紧力矩控制问题，建立了螺纹联接过程拧紧力矩与拧紧转角之间的关系模型，开展螺纹自动拧紧装备的结构设计，研究了模糊PID控制方法对螺纹自动拧紧装备拧紧力矩控制精度的控制效果，并通过实验系统完成了拧紧力矩控制的实验验证与分析。本文的主要研究工作如下: (1)介绍了本文的研究背景和意义，分析螺纹自动拧紧装备的研究现状和发展趋势，并对本文的主要研究内容和章节安排进行介绍。 (2)对螺纹联接过程预紧力展开分析，建立了拧紧力矩与拧紧转角的关系模型，确定了螺纹联接过程各阶段的优化拧紧力矩和拧紧转角，为开展拧紧力矩控制问题提供了理论基础。 (3)基于技术需求和工作流程的分析，对螺纹自动拧紧装备总体结构进行设计，对关键结构拧紧机构展开了详细说明，并对拧紧机构的主要承力件进行了力学特性分析。 (4)针对螺纹自动拧紧装备拧紧力矩控制的问题，对螺纹联接过程中拧紧机构速度运行曲线进行设计，建立了拧紧机构驱动电机和传动机构的动态控制模型，展开了基于模糊PID控制的拧紧力矩控制方法研究，并进行了仿真分析。研究结果表明基于模糊PID控制的拧紧机构具有响应速度快、拧紧力矩控制精度高的特点。 (5)构建实验系统，开展了螺纹自动拧紧装备拧紧力矩控制实验分析，采集拧紧机构电机在不同转速下的最终拧紧力矩数据，通过分析验证了模糊PID控制策略能够满足拧紧机构拧紧精度的控制要求;同时分析了螺纹联接过程中对拧紧机构电机进行速度优化的必要性。

目录

声明

致谢

摘要

1绪论

1．1研究背景及意义

1．2螺纹拧紧力矩控制技术研究现状及发展趋势

1．2．1国外螺纹拧紧力矩控制技术的研究现状

1．2．2国内螺纹拧紧力矩控制技术的研究现状

1．2．3螺纹拧紧力矩控制技术的发展趋势

1．3研究内容及章节安排

1．4本章小结

2螺纹联接过程建模分析

2．1螺纹联接过程

2．1．1螺纹联接过程

2．1．2螺纹联接的预紧力分析

2．2螺纹联接预紧力的数学模型分析

2．2．1预紧力与拧紧力矩的关系模型分析

2．2．2预紧力与拧紧转角的关系模型分析

2．2．3拧紧力矩与转角之间的关系模型分析

2．3目标拧紧力矩与转角优化方法

2．3．1基于预紧力控制方法的螺纹联接过程分析

2．3．2目标拧紧力矩及转角优化

2．4本章小结

3螺纹自动拧紧装备总体结构设计与分析

3．1基于功能分解的系统化设计方法

3．2螺纹自动拧紧装备总体结构设计

3．2．1螺纹自动拧紧装备的技术需求分析

3．2．2螺纹自动拧紧装备工作流程分析

3．2．3螺纹自动拧紧装备总体结构设计

3．3拧紧机构主要承力件力学特性分析

3．3．1拧紧机构安装板力学特性分析

3．3．2拧紧机构蜗轮轴力学特性分析

3．3．3拧紧机构拧紧头力学特性分析

3．4本章小结

4基于模糊PID的拧紧机构驱动电机转速控制研究

4．1拧紧机构驱动电机输出转速曲线分析

4．2拧紧机构的速度建模分析

4．2．1拧紧机构电机的数学模型分析

4．2．2拧紧机构传动机构建模分析

4．3拧紧机构模糊PID速度控制算法的设计

4．3．1 PID控制基本原理

4．3．2模糊控制基本原理

4．3．3拧紧机构驱动电机的模糊PID控制算法参数设计

4．3．4模糊PID控制算法仿真结果及分析

4．4本章小结

5螺纹自动拧紧装备拧紧力矩控制实验分析

5．1实验总体方案设计

5．2实验系统设计

5．2．1实验平台设计

5．2．2实验控制系统设计

5．2．3系统功能模块选型及实现

5．3实验结果分析

5．3．1基于速度优化的拧紧机构拧紧力矩实验分析

5．3．2不同的恒定转速对拧紧力矩精度影响的实验分析

5．4本章小结

6总结与展望

6．1工作总结

6．2工作展望

参考文献