【正文】 引起摩擦副潤滑狀態(tài)的變化，并從初始工藝表面之間的邊界潤滑轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌蠞櫥?，直至為流體潤滑創(chuàng)造條件。 和 測出了跑合前后的摩擦因數(shù)隨滑速的變化曲線，指出跑合前后摩擦特性有明顯的差別。 第一次大規(guī)模專門交流跑合研究成果的國際性學術(shù)會議─第八屆國際摩擦學討論會于 1981 年在法國里昂召開，為跑合技術(shù)的研究開創(chuàng)了新的里程碑。他們曾試用經(jīng)典的彈性力學方法來解決接觸問題，但范圍十分有限，只能對一些規(guī)則形狀物體得出解析解。根據(jù)實際調(diào)研 ,當前針對傳動機構(gòu)的磨合試驗裝置存在一些問題 :單臺裝置往往以單一型號傳動機構(gòu)為使用對象 ,其適應產(chǎn)品變化及更新能力較差；磨合的加載多使用砝碼模擬 負載 ,故不容易實現(xiàn)連續(xù)的可變的加載和自動控制；有些磨合裝置使用磁粉制動器模擬負載 ,卻未能實現(xiàn)實時的對模擬負載進行閉環(huán)的自動的控制，而只能開環(huán)地通過改變它的激磁電流來實現(xiàn)可變負載 ,；數(shù)據(jù)記錄是手動的 ,在文件數(shù)據(jù)管理方面不夠科學。 在機械傳動部件磨合運轉(zhuǎn)前后，機械摩擦副的工作表面與初始工藝表 面性質(zhì)往往表現(xiàn)出很大差異。一般是指新組裝的機器經(jīng)過一定時間的使用 ,將摩擦面上的加工痕跡磨光而 使得其更加密合。 runningin。模擬演示部分主要借用單片機實現(xiàn)控制電機磨合作業(yè)的啟停、正反轉(zhuǎn)、控制時間、串口通信等內(nèi)容。本課題主要針對多型號某傳動機構(gòu)的變加載磨合試驗需求，研究了變加載磨合試驗的相關技術(shù)，給出了一種雙路傳動鏈的磨合試驗裝置的構(gòu)建及其實現(xiàn)方法。齒輪箱、絲杠副等機械傳動機構(gòu)在機械工業(yè)等行業(yè)中應用越來越廣泛，它的設計制造水平、承載能力高低、使用壽命長短往往是一個國家工業(yè)發(fā)展的標志。我們知道，當今現(xiàn)代機械很多傳動類產(chǎn)品 , 比如變速箱總成、前后橋總成、傳動系總成等 , 在完成裝配后，為了保證產(chǎn)品的工藝裝配質(zhì)量 ,往往要進行產(chǎn)品的磨合試驗過程。跑合過程實質(zhì)上是接觸變形、物力力學性能的綜合作用，使接觸面積重新分布、表面材料組成發(fā)生變化、多種機制同時存在的過程?；谫Y金、時間、試驗設備等實驗條件的限制，本課題的模擬控制部分主要借助單片機制作模擬電路板，模擬出控制系統(tǒng)的一些相關特性。negative, control time, serial munication, etc. Key words:variable load。它是一種有意安排的磨損過程。一般來說，磨合試驗在裝配調(diào)試完成后出廠之前完成 ,是用于檢測其性能指標和裝配質(zhì)量的關鍵步驟 ,同時通過有效可控的模擬負載磨合 ,可以讓機械裝置在實際應用時很快就能達到設計的性能指標的要求 ,以提高其質(zhì)量和使用壽命。 機械傳動部件型號往往多樣化 ,磨合工藝要求也各不相同 ,這使得磨合裝置必須具有一定的適應性和可擴展性。如 1968 年挪威人 和 研究了試件在純滾動和滑動條件下，通過線接觸混合潤滑圓盤試驗機進行跑合，認為跑合降低了微凸峰高度，提高了承載能力，使接觸副能在比跑合前更小的油膜厚度下有效地工作。 于 1975 年用隨機過程理論形象地提出了一個“生─滅─移植”的隨機過程模型，描述在跑合過程中表面的微觀接觸情況。 1981 年， Salomon 和 de Gee 證實了跑合能提高接觸副的油膜保持性，發(fā)現(xiàn)在跑合時有一個由邊界潤滑狀態(tài)向部分或完全流體潤滑狀態(tài)過渡的過程。黃平等應用非牛頓流體熱彈流數(shù)學模型，結(jié)合試驗的工況條件對跑合過程進行了解算，用微彈流數(shù)值方法，進一步分析了在重載彈流潤滑條件下表面輪廓和表面粗糙度對摩擦副潤 滑特性的影響。韓國學者 ，通過在普通潤滑油條件下進行的跑合試驗，認為在潤滑條件下表面氧化膜的形成和損失之間是動態(tài)平衡關系。日本學者 ，通過試驗發(fā)現(xiàn)：當使用有添加劑的發(fā)動機油時，氧化膜被抑制了，形成了一個與電絕緣的表面膜，它有良好的承載能力，且磨損率很小。 總之，不論在國外還是國內(nèi)，對 跑合技術(shù)的研究，都經(jīng)歷了一個從簡單到復雜、從部分到整體、從表面到內(nèi)部、從宏觀到微觀、從定性到定量、從靜態(tài)到動態(tài)、從理論到實踐、從單向研究到系統(tǒng)綜合研究的過程。朱華，葛世榮等人用結(jié)構(gòu)函數(shù)法計算磨損表面輪廓的分形維數(shù)和尺度系數(shù)，并把它們相結(jié)合，提出 了新的分形參數(shù)──特征粗糙度。此外 ,還有不少人仍在作這方面的工作并取得了一定成績。其中有限元法解接觸非線性問題已經(jīng)相當成熟，是目前普遍采用的方法。孫大樂等人，曾在此理論基礎上建立了雙圓弧齒輪跑合仿真的數(shù)學模型，對跑合過程進行仿真，取得了一定的成果。盡管不同機種的跑合試驗方法各異 ,但其實質(zhì)是通過模擬機器的實際作業(yè)工況 (以不同的負荷狀況運行一定的時間 ),暴露并排除機械的早期故障 ,使機器滿足出廠標準的要求。機械部件型號往往多樣化，磨合工藝要求也各不相同 ,這使得磨合裝置必須具有一定的適應性和可擴展性。 課題設計目標及內(nèi)容 本課題的研究目標是采用計算機控制技術(shù)、單片機， 針對多型號某傳動機構(gòu)的磨合試驗裝置項目的實際需求 ,研究了變加載磨合試驗 的相關技術(shù) ,擬出一種雙路傳動鏈的磨合裝置實現(xiàn)方法 , 設計出實現(xiàn)變加載磨合試驗裝置測控系統(tǒng)的桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 46 頁 方案；然后 運用單片機制作模擬演示電路板，模擬出控制系統(tǒng)相關功能特性，實現(xiàn)測控系統(tǒng)測功機的正反轉(zhuǎn)、啟停、變轉(zhuǎn)速、磨合方式選擇、磨合時間串口通信等參數(shù)的顯示控制 ，要求能 建立良好的人機交互界面。 磨合是把摩擦副表面的接觸點磨去，使微凸體頂峰曲率半徑加大，增加真實接觸面積，磨損率下降到正常的穩(wěn)定值，即摩擦副的磨損量從運動開始時增長較快，經(jīng)過一段時間后趨于某個穩(wěn)定值，實現(xiàn)摩擦副表面之間的相互適應過程。 齒輪跑合的作用主要有以下幾點： （ 1）齒輪經(jīng)過跑合后，原機械加工造成的初始粗糙的形狀、大小和方向得到了改善，形成了新的、平衡的顯微尖峰和凹谷，其不平度的方向是沿著滑動的方向，保證了齒輪表面有良好的接觸面積，能夠完全貼合。 （ 3）通過跑合，降低了齒輪表面的粗糙度，增加了油膜比厚，降低了塑性指數(shù)，有利于表面向流體動力潤滑方向發(fā)展，有利于接觸狀態(tài)向彈性接觸狀態(tài)發(fā)展，提高了表面的抗粘著能力，形成了耐久的潤滑膜，產(chǎn)生穩(wěn)定而有效的潤滑，減少膠合和點蝕。實際上對于同一種絲杠 ,其效率間接地表示了絲杠與螺母的配合緊密程度。因此絲杠的磨合及其效率的測量是非常重要的。同時，不同型號機構(gòu)的安裝要求及接口尺寸也各不相同。因為加載力形式的不一樣，所以加載源機構(gòu)及其傳動鏈結(jié)構(gòu)組成應該有所區(qū)別。扭矩傳感器和拉壓力傳感器分別檢測兩路傳動鏈上的實際加載 ,為實時變加載閉環(huán)控制提供反饋信息。其具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關系的特點。磁粉制動器還經(jīng)常被用于傳動機械的測功加載和制動等。 磁粉制動器的基本特性可歸納為： 1） 激磁電流 —— 力矩特性 激磁電流與轉(zhuǎn)矩基本成線性關系，通過調(diào)節(jié)激磁電流可以控制力矩的大小。其特性如圖 所示。其特性如圖。 m） F 張力（ N） n 滑差轉(zhuǎn)速（ r/min） V 線速度（ m/s） ●在無變速機 構(gòu)的情況下，卷繞材料所需的最大張力與最大卷繞半徑的乘積應小于磁粉制動器的額定轉(zhuǎn)矩。 ●磁粉離合器、磁粉制動器在散熱條件一定時，其滑差功率是一定值，因此其實際工作轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速可以相互補償，即滑差轉(zhuǎn)速提高時，則許用轉(zhuǎn)矩將相應下降，但最高轉(zhuǎn)速不得高于其許 可轉(zhuǎn)速。因為無須軸向位移零件， 僅靠磁粉間的結(jié)合力，幾乎在通電的同時就產(chǎn)生力矩，滯后小，動作迅速。 4） 運行平滑，可以一定的速度和加速度起動或制動，沖擊和噪聲極小，在負載力矩過大時，主、從兩部件可以通過磁粉打滑 ,故又可起到過載保護作用。 扭矩傳感器，（又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀）分為動態(tài)和靜態(tài)兩大類，其中動態(tài)扭矩傳感器又可叫做轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器等。 扭矩的測量基本原理：采用應變片電測技術(shù)，在彈性軸上組成應變橋 ,向應變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。 S 靈敏度： 1177。 % F S /10℃ 輸出阻抗： 1KΩ 177。 10Hz 零扭矩： 10KHz177。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 12 頁 共 46 頁 圖 頻率信號采集 電流或電壓輸出信號的信號采集如 圖 所示。為此，在這里采用組件化設計理念，將工裝分解 設計成固定組件和變異組件兩個部分。同時也便于未來對裝置的升級或改進。 SZ4 PLC 除包含標準電源框架和高性能 CPU模塊外，還擴展了 16 點輸入模塊 (Z16ND2)和 16 點輸出 模塊 (Z16TD2),分別用于檢測按鈕等開關量輸入信號的狀態(tài)和控制指示燈、繼電器等開關量輸出信號的動作。 PLC是面向用戶的工業(yè)控制計算機，具有許多特點： 1）高可靠性： PLC 所有 的輸入輸出接口電路都采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外部電路與 PLC 內(nèi)部電路之間實現(xiàn)電氣隔離； PLC各輸入上均采用 RC濾波技術(shù)，其濾波時間常數(shù)一般為 1020ms； PLC 各模塊采用了性能良好的開關電源； PLC所采用的器件都進行嚴格的篩選和老化。為了提高 PLC 的功能，它還提供了多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡， PLC還有多種通信模塊。 5） 安裝簡單，維修方便。連接好硬件后，系統(tǒng)上電自動識別接口并完成組態(tài)。驅(qū)動器 SINAMACS 120 和控制器 D410(PN 型 )通過內(nèi)置的 Profibus總線集成于一體。 磨合試驗控制系統(tǒng)硬件特性及其選擇 工控機概述 工控機全稱工業(yè)控制計算機，是專門為工業(yè)控制設計的 計算機 ，用于對生產(chǎn)過程中使用的機器設備、生產(chǎn)流程、 數(shù)據(jù) 參數(shù)等進行監(jiān)測與控制。 工控機自從上世紀 90 年代進入中國大陸市場以來，至今已有 20年余。這些調(diào)整變革的背后，是各家供應商為適應市場發(fā)展的新形勢、提高客戶滿意度、搶占市場份額的深層考慮和市場反應行為； 第三、從工控機產(chǎn)品的形態(tài)來看，工控機產(chǎn)品的定義范疇日益擴大，甚至與商用 PC、商用工作站等其它計算機產(chǎn)品之間的概念區(qū)隔逐漸模糊；工控機產(chǎn)品除了傳統(tǒng)的 4U機架式工控機之外，箱式、面板式、單板電腦、嵌入式、便攜式、行業(yè)專用電腦等其它工控機產(chǎn)品形式也得到了許多客戶的接受認可和大量市場應用； 第四、從工控機下游應用行業(yè)來看，一些工控機傳統(tǒng)的優(yōu)勢應用行業(yè)正在遭遇商用 PC、商用工作站的挑戰(zhàn)，大有沒落甚至被取代的趨勢；而一些新興的應用市場卻不斷涌現(xiàn)，且呈現(xiàn)快速增長的趨勢。此卡內(nèi)置一個 工業(yè)標準的 12 位連續(xù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換模擬輸入。查詢方式和中斷方式往往會浪費大量的 CPU時間，難以滿足實時要求．只有 DMA方式采集數(shù)據(jù)最快。一般來說 A／ D轉(zhuǎn)換可以在后臺來完成?！案咚俨杉毕弟浖诵牟糠?。預處理由采集卡預處理功能完成 ；后處理則根據(jù)傳感器參量之間的關系和工程方程來實現(xiàn) 。圖 。其體系架構(gòu)及組成模塊如圖 所示。 Simotion Scout 用于單元組態(tài)、參數(shù)配置、編程、測試、調(diào)試、故障診斷等 ， 提供了面向任務的編程語 言，如結(jié)構(gòu)化文本 ST、運動 圖 測控軟件體系結(jié)構(gòu) 圖表 MCC、梯形圖 LD、驅(qū)動控制圖表 DCC 等。測控軟件程序流程 如圖 所示。前者提供了方便的變量訪問方式，但技術(shù)較復雜，開發(fā)難度較大；后者使用簡單，但可 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或變量不能太多。在本磨合測控系統(tǒng)中只使用一個客戶端，其 TCP/IP 通信模型如圖 所示，連線的數(shù)字標號代表所使用的通信函數(shù)。通信雙方發(fā)送和接收此定義好的數(shù)組，再按順序從中提取相應的數(shù)據(jù)或指令。 一般情況下，在 5%至 100%額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，激磁電流與其輸出轉(zhuǎn)矩成正比例關系。在其他磨合工藝參數(shù) (如電機速度、磨合次數(shù)、時間等參數(shù) )不改變的條件下，分別設定一系列激磁電流值，通過多組變加載磨合試驗，檢測并記錄其實際加載值。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 23 頁 共 46 頁 圖 磁粉制動器轉(zhuǎn)矩 激勵電流特性曲線圖 4 單片機模擬演示板模塊的設計 由于本次課題設計的給定時間、資金、技術(shù)、實驗器材設備等條件的有限性，無法完全按照設計方案內(nèi)容要求完全設計出控制系統(tǒng)的各個部分，本次課題設計是在論述多型號變加載磨合試驗裝置測控系統(tǒng)雙路傳動方案的基礎上，采用單片機制作實驗模擬電路板，根據(jù)雙路傳動變加載的要求模擬顯示控制系統(tǒng)電機的啟停、正反轉(zhuǎn)磨合、變轉(zhuǎn)速、時間計時、磨合方式選擇、串口通信與PC 機通信等功能特性。 單片機有著 體積小、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應用等顯著優(yōu)點，在自動化裝置、智能儀器儀表、過程控制、通信、家用電器等許多領域得桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 24 頁 共 46 頁 到日益廣泛的應用。 然而單片 機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型計算機控制系統(tǒng)，它與單板機或個人電腦 (PC機 )有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機的應用屬于芯片級應用，需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應用技術(shù)和系統(tǒng)設計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設計應用程序，從而使該芯片具備特定的功能。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件 (包含可支持開發(fā)應用程序的軟件資源 )及硬件資源。是控制技術(shù)的一次革命，是一座重要的里