【文章內容簡介】 用放電原理使運轉的桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 3 頁 共 46 頁 齒輪齒面產生電火花，燒蝕消除接觸高點，達到跑合的目的。傅 德明等人還曾用在潤滑油中添加磨料的方法進行跑合。后來，人們發(fā)現在跑合中使用添加劑的效果更好。日本學者 ，通過試驗發(fā)現：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。這個結論是跑合研究中的一大進步。蘇聯(lián)學者 也曾比較系統(tǒng)地綜合了前人的研究成果，并通過試驗，獲得了成功。隨著人們數學水平的提高，計算機操作能力的增強，試圖通過計算機動態(tài)仿真，實現跑合過程的自動控制的模擬，已取得了初步成效。 總之，不論在國外還是國內，對 跑合技術的研究，都經歷了一個從簡單到復雜、從部分到整體、從表面到內部、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。 研究現狀 20 世紀 90 年代后期，隨著計算機技術、微電子技術的發(fā)展以及新材料的應用，使傳統(tǒng)的磨合技術又有了新的進展。表面微觀幾何形狀的研究在不斷地深入，評定表面形貌的相關技術也應運而生，并得到了一定的發(fā)展。我國很多學者正躋身于該領域，不斷地提出新方法。朱華，葛世榮等人用結構函數法計算磨損表面輪廓的分形維數和尺度系數，并把它們相結合，提出 了新的分形參數──特征粗糙度。苑寅秋、王珉等依據分形理論，研究了跑合期相匹配的表面輪廓在一定尺度范圍內存在顯著的分形特征。張移山 ,孔憲梅等，從混合潤滑和跑合動力學的角度出發(fā)，以表面粗糙度和磨損率為狀態(tài)參量，為跑合過程的動態(tài)仿真提供了基于潤滑的表面形貌分析的理論依據。近期，李成貴，董申等總結了幾種較為成熟的三維分形維數計算方法 ,分析了每種方法的特點。此外 ,還有不少人仍在作這方面的工作并取得了一定成績。 此外，通過計算機仿真，來判斷跑合過程的計算結果和試驗現象是否吻合，從而準確預測在跑合過程中摩擦副表面形貌的變 化，已成為研究的一大熱點，這樣便可在不借助試驗手段的條件下研究摩擦副表面形貌對跑合過程的影響。同時，數學領域的計算方法與計算機領域軟硬件技術的發(fā)展，使這些問題的深入研究成為可能?，F在解決接觸問題的數值法主要包括：有限元法、邊界元法、數學規(guī)劃法等。其中有限元法解接觸非線性問題已經相當成熟，是目前普遍采用的方法。邊界元法由于是以全部邊界上未知位移和面力分量為變量的線性方程組進行求解，進行非對稱滿秩存儲，因此對于接觸節(jié)點對較多和多接觸問題，計算需要很多機時，解題范圍受到一定限制，目前尚不成熟。數學規(guī)劃法是把位移連 續(xù)條件，非嵌入條件引入接觸體的能量泛函之中。用它求解能量最小化序列問題，有桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 46 頁 時得不到最優(yōu)解，而使接觸條件變?yōu)椴B(tài)，現在尚不成熟，應用不多。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學模型，對跑合過程進行仿真，取得了一定的成果。 課題研究的意義 隨著國民經濟的快速發(fā)展 ,我國道路、交通、機場、港口、水利、電力、市政建設等基礎設施規(guī)模的擴大以及西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施 ,市場對機械的需求不僅在數量上極大增加 ,而且在品質上要求也越來越高。然而 ,由于我國基礎工業(yè)總體水平較低 ,大部分企業(yè)規(guī)模較小、技術工藝 落后 ,產品質量同歐美國家相比故障率高、可靠性差、一次裝配合格率低。為了解決這些問題 ,行業(yè)廠家大都采用跑合試驗的方法 ,使機械產品在出廠之前充分暴露它的制造和裝配缺陷并加以解決 ,以降低售后服務費用、維護企業(yè)形象。盡管不同機種的跑合試驗方法各異 ,但其實質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。 機械傳動機構在裝配完成后的初始使用期 ,有一個磨合過程 (即磨合期 ),通過磨合使得傳動機構相互之間的配合更為良好。對于高精密的機械裝置 (如齒輪箱、絲杠 副等傳動機構 ),在實際使用前完成機構運動副或整套機構的磨合尤其重要。磨合試驗在裝配調試完成后出廠之前完成 ,是用于檢測其裝配質量和性能指標的關鍵步驟 ,同時通過有效可控的模擬負載磨合 ,使機械裝置在實際應用時很快就能達到設計的性能指標 ,以提高其質量和使用壽命。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。據實際調研和某航空研究所的技術改造需求 ,當前針對傳動機構的磨合試驗裝置存在如下問題：單臺裝置往往以單一型號傳動機構為使用對象 ,適應產品變化及更新能力較差；加載磨合多 使用砝碼模擬負載，不易實現連續(xù)可變加載和自動控制；少數磨合裝置使用磁粉制動器模擬負載，卻只能開環(huán)地通過改變其激磁電流實現可變負載，未能實時地對模擬負載進行閉環(huán)自動控制；依靠手動記錄數據 ,在文件數據管理方面不夠科學。在該型產品批量化生產階段 ,研制一種操作簡便、高效的、自動化的、能夠實現連續(xù)可變加載和科學數據管理的磨合控制系統(tǒng)成為迫切需要。這也是本課題研究的目的所在。 課題設計目標及內容 本課題的研究目標是采用計算機控制技術、單片機， 針對多型號某傳動機構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 ,擬出一種雙路傳動鏈的磨合裝置實現方法 , 設計出實現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，實現測控系統(tǒng)測功機的正反轉、啟停、變轉速、磨合方式選擇、磨合時間串口通信等參數的顯示控制 ，要求能 建立良好的人機交互界面。 2 雙路傳動 變加載磨合試驗裝置方案設計 概述 磨合 (也稱跑合 )是指相對運動的摩擦副表面受到有控的磨損 ,使摩擦表面能相互適應 ,降低摩擦功 ,增加密封性。磨合是一種有意安排的磨損過程，在機器裝配后使用前，為了使配合件正常穩(wěn)定運 轉的一種措施。一般指新組裝的機器經過一定時間的使用 ,將摩擦面上的加工痕跡磨光而使得其更加密合。 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，經過一段時間后趨于某個穩(wěn)定值，實現摩擦副表面之間的相互適應過程。跑合的特點是摩擦副表面有較大的磨損并發(fā)熱，幾何形貌以及表面的物理力學性能發(fā)生變化，有時還形成表面膜。它是一種有益的磨損過程。齒輪的跑合，是將裝配好的齒輪副，用一定的潤滑劑，在空載或逐級加載加速的條件下運轉，逐漸磨掉表面的不平度凸峰，增大實際接觸面積，使嚙合表面保持最適宜的間隙和最佳的接觸狀態(tài)，降低接觸應力，物理力學性能從最初狀態(tài)過渡到使用狀態(tài)的過程。 齒輪跑合的作用主要有以下幾點： （ 1）齒輪經過跑合后，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。同時，減小表面相互作用產生的法向和切向應力。 （ 2）在跑合中，當塑性變形達到一定量值時，沿滑動面的粘著便開始發(fā)展。金屬微觀結構發(fā)生變化，使表面層堅實、 致密，形成具有最佳形貌和硬度的變質層，從而改善表面的物理力學性能。 （ 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，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，產生穩(wěn)定而有效的潤滑，減少膠合和點蝕。 （ 4）通過跑合，既可以及時發(fā)現齒輪裝配中的問題，并及時加以解決，避免大的事故發(fā)生，也可以彌補因加工制造受設備、工藝、技術水平等條件的限制而出現的問題。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 46 頁 絲杠磨合的主要作用及意義： 絲杠作為一種高精度的運動轉換機構在數控機 床及車載控制裝置的伺服部件中大量使用。絲杠的精度決定了運動轉換的精確性 ,而絲杠的傳動效率決定了運動的轉換效率。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。效率太高表示絲杠與螺母的配合太松 ,運動轉換的精度較低 ,特別是運動轉向時轉換誤差表現明顯。效率太低表示絲杠與螺母配合面毛刺太多 ,影響運動轉換的順利進行。因此在數控機床或車載控制器伺服絲杠等安裝前應對絲杠按一定的工藝要求進行磨合 ,使其效率達到要求值。因此絲杠的磨合及其效率的測量是非常重要的。 傳動機構特點及磨合要求 生產出來的機械 零部件中，待磨合的傳動機構型號往往有多種 ,主要分為兩種類型 :直線型和旋轉型。對于直線型可簡化成絲杠副模型 (以下簡稱絲杠副，如圖 ),對于旋轉型則可認為是多級齒輪副模型 (以下簡稱齒輪箱，如圖)。同類傳動機構在輸入軸徑、輸出軸徑、整機尺寸、輸入軸與輸出軸空間相對位置尺寸等方面存在一定范圍的變化。同時，不同型號機構的安裝要求及接口尺寸也各不相同。這就要求對兩種傳動機構實施工藝參數可定制的自動化磨合試驗 ,主要包括變載、變速、定時等； 圖 絲杠實物圖 要求能程序控制其可變加載，并且連續(xù)可調。待磨合的傳動機構的這兩種主要類型、多種型號傳動機構的磨合試驗需在同一試驗臺上進行 (不要求同時進桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 46 頁 行 ),以降低系統(tǒng)成本、方便試驗。 圖 齒輪箱實物圖 雙路傳動及變加載實現 雙路傳動機構的實現 在這里，由于待磨合的傳動機構型號主要分為絲杠副和齒輪箱，因此對絲杠副的外部磨合加載 是作用于絲杠上的直線拉壓力 ,而對齒輪箱則是作用于其輸出軸的扭矩。因為加載力形式的不一樣，所以加載源機構及其傳動鏈結構組成應該有所區(qū)別。本課題設計采用了同一伺服驅動、雙路傳動鏈及加載源的結構形式 ,其主要組成部件如圖 所示。 加載源機構及變加載實現 對于絲杠副和齒輪箱兩路傳動鏈，其加載源均為磁粉制動器 ,可以方便的為系統(tǒng)提供連續(xù)可調的旋轉阻尼轉矩 ,通過一路傳動鏈① ,最終作用于齒輪箱輸出軸；對絲杠副 ,采用一路傳動鏈② ,增加一套齒輪齒條副 ,可將旋轉阻尼轉矩轉化為直線阻尼力 ,實現直線加載。這兩路傳動鏈使用 不同定位特征的工裝 ,相互獨立 ,互不干涉。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。采用雙路傳動鏈結構能夠實現絲杠副和齒輪箱在同一試驗平臺上磨合 ,簡化了傳動鏈機構組成 ,避免因頻繁切換加載流向帶來的相關問題。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 46 頁 圖 雙路傳動鏈組成示意圖 圖 扭矩傳感器及聯(lián)軸器連接圖 磁粉制動器概述及其相關原理特性 磁粉制動器（ Magic Powder Brake）定義為：制動部件與運動部件借助于磁粉間的電磁吸力形成的磁粉鏈，同工作面之間的摩擦力產生制動功能的制動器。磁粉制動器 MAGPOWR 是根據電磁原理和利用磁粉傳遞轉矩的。其具有激磁電流和傳遞轉矩基本成線性關系的特點。在 同滑差無關的情況下能夠傳遞一定的轉矩，具有響應速度快、結構簡單、無污染、無噪音、無沖擊振動節(jié)約能源等優(yōu)點。是一種多用途、性能優(yōu)越的自動控制元件。現已被廣泛應用于造紙、印刷、塑料、橡膠、紡織、印染、電線電纜、冶金、壓片機以及其他有關卷取加工行業(yè)中的放卷和收卷張力控制。磁粉制動器還經常被用于傳動機械的測功加載和制動等。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 46 頁 磁粉制動器的工作原理主要歸納為以下幾點： 1） 磁粉制動器是采用磁粉作介質，在通電情況下形成 磁粉 鏈來傳遞扭矩的新型傳動元件，主要由內轉子、外轉子、激磁線圈及磁粉組成。 2） 當線圈不通電時，主動轉子旋轉，由于離心力的作用，磁粉被甩在主動轉子的內壁上，磁粉與從動轉子之間沒有接觸，主動轉子空轉。 3） 接通直流電源后產生電磁場，工作介質磁粉在磁力線作用下形成磁粉鏈，把內轉子、外轉子聯(lián)接起來，從而達到傳遞，制動扭矩的目的。 磁粉制動器的基本特性可歸納為： 1） 激磁電流 —— 力矩特性 激磁電流與轉矩基本成線性關系，通過調節(jié)激磁電流可以控制力矩的大小。其特性如圖 所示。 2） 轉速 —— 力矩特性 力矩與轉速無關，保持定值。靜力矩和動力矩沒有差別。其特性如圖 所示。 3） 負載特性 圖 激勵電流 — 力矩特性 圖 轉速 — 力矩特性 在散熱條件一定時 ,磁粉制動器的允許滑差功率是定值。其連續(xù)運行時，實際滑差需在允許滑差功率以內。使用轉速高時，需降低力矩使用。其特性如圖。 磁粉制動器的選型一般以所需傳達最大轉矩為依據來選定，并同時注意保證實際滑差功率小于磁粉離合器、制動器的允許滑差功率。 計算公式如下： 實際滑差功率 P=2 M n/60=F V(單位： W) 式中： M 實際工作轉矩（ N m） F 張力（ N） n 滑差轉速（ r/min） V 線速度（ m/s） ●在無變速機 構的情況下，卷繞材料所需的最大張力與最大卷繞半徑的乘積應小于