【正文】 一些生產(chǎn)回轉(zhuǎn)支承的老牌廠商，如IMO公司，羅特艾德等，旗下的產(chǎn)品已銷量全球，當(dāng)然，他們也有自己公司獨有的一套回轉(zhuǎn)支承的測試系統(tǒng)和生產(chǎn)規(guī)格參數(shù)用來生產(chǎn)高品質(zhì)的回轉(zhuǎn)支承。 本人的任務(wù)本課題是針對某回轉(zhuǎn)支承廠的部分產(chǎn)品設(shè)計一套試驗臺，該試驗臺包括機械、液壓和測試三部分，本人的任務(wù)是設(shè)計其測試系統(tǒng)，包括測試方案、硬件選型以及利用相關(guān)軟件設(shè)計數(shù)據(jù)采集軟件，并進行模擬測試過程。（2）檢測項目反映回轉(zhuǎn)支承的加工誤差和工作性能。第一章 緒論實驗臺監(jiān)測項目：（1）回轉(zhuǎn)支承在懸臂承載狀態(tài)下，載荷靜剛度曲線檢測。（3）有載荷靜態(tài)啟動力矩測試。（5）回轉(zhuǎn)支承承載（軸向力、徑向力、偏轉(zhuǎn)力矩）壽命檢測（運轉(zhuǎn)速度可調(diào) 0~100轉(zhuǎn)/分） 。國內(nèi)外相關(guān)工程人員針對回轉(zhuǎn)支承的上述問題都做了相關(guān)的研究，為達到生產(chǎn)出更高品質(zhì)產(chǎn)品的目的。第二章 設(shè)計方案論證 系統(tǒng)要求簡述分析根據(jù)某集團公司提出的回轉(zhuǎn)支承實驗臺具體測試系統(tǒng)的主要要求有；（1）加載裝置最大能產(chǎn)生 2022KN 的軸向力。（3）加載裝置最大能產(chǎn)生 500KN 的徑向力。（5）靜剛度，要求有曲線圖。根據(jù)國內(nèi)外回轉(zhuǎn)支承廠家實驗項目的調(diào)研，確定了以下實驗項目，見表 21：表 21 回轉(zhuǎn)支承實驗臺實驗項目實 驗 項 目 測 量 名 稱 目 的 力測量（壓力測量） 得到加載過程的載荷靜剛度曲線 力矩測試 無載荷時的啟動力矩曲線有載荷動態(tài)力矩力矩測試有載荷時的啟動力矩、動態(tài)力矩測試曲線（1）加速度（2）磨損量（3）潤滑油溫度根據(jù)實驗項目，需要檢測的參數(shù)范圍如表 22 所示。50g0~5mm50~100℃%FS2%FS2%FS 測試系統(tǒng)設(shè)計原理根據(jù)工程測試技術(shù)相關(guān)知識，可以得出，若需要對一個被測對象進行監(jiān)測并利用計算機等相關(guān)設(shè)備對其信號進行采集，其輸入通道的設(shè)計原理如圖 21 所示。 CPU接 口 D / A 轉(zhuǎn)換器 功 率 放 大 執(zhí) 行接 口 功 率 放 大 啟 動 信 號變頻器液壓設(shè)備電 機圖 22 輸出通道的結(jié)構(gòu) 傳感器測試性能簡析根據(jù)傳感器的工作原理可知，常見的傳感器有如下表 213：表 21 3 主要傳感器類型及使用范圍傳感器類型 適 用 范 圍應(yīng)變式傳感器 適用于監(jiān)測力的變化，壓力的變化，加速度，位移量，壓強物理量等壓阻式傳感器 適用于監(jiān)測加速度，壓強（P=70MP ）壓電式傳感器 適用于監(jiān)測具有動態(tài)性能的力的變化，加速度，壓強等物理量光電式傳感器 適用于監(jiān)測開關(guān)量，轉(zhuǎn)速溫度傳感器 常用的溫度傳感器有熱電偶（溫度變化大于 500 攝氏度） ，鉑電阻（溫度變化在負 200 攝氏度與正 200 攝氏度之間）磁電式傳感器 只要類型是霍爾傳感器，其用來監(jiān)測位移量和較低的轉(zhuǎn)速電感式傳感器 可監(jiān)測長度范圍不是很大的中等量的位移電渦流式傳感器 適用于各種導(dǎo)電材料的測量（可以是鐵磁材料，也可以是非鐵磁材料） 。表 22 4 主要被測量類型及使用范圍被測量類型 適 用 范 圍位移小位移（小于 ）：光纖傳感器等可以測量中等位移（3~~20mm）：電感式傳感器等可以測量大位移：光柵，磁柵，激光傳感器可測量力（F） 靜態(tài)力：采用應(yīng)變式傳感器動態(tài)力：采用壓電式傳感器加速度 應(yīng)變式傳感器，壓阻式傳感器，壓電式傳感器均可壓力應(yīng)變式傳感器（特點是體積中等，耐壓高）壓阻式傳感器（特點是體積小，分辨率高，適用中等壓力） 。測量溫度的傳感器種類繁多，一般根據(jù)具體情況選擇合適的監(jiān)測設(shè)備 信號調(diào)理簡析傳感器的后續(xù)調(diào)理電路是根據(jù)傳感器的工作原理而定的，不同的傳感器其調(diào)理電路由所不同。表 23 5 主要傳感器的后續(xù)調(diào)理電路 CPU 選擇測控系統(tǒng)的 CPU 可采用單片機，MCU （微處理器） ，PC 機等。 總線方式在測控系統(tǒng)的設(shè)計中往往需要考慮總線類型，從而選擇不同的設(shè)計結(jié)構(gòu)。如表 246 所示。見圖 224 所示。2 0 0 0 K N 軸向力 壓阻式壓力傳感器直流電橋 放大 濾波A / D5 0 0 0 K N 軸向力壓阻式壓力傳感器直流電橋放大 濾波A / D溫度 ( 5 0 ~ 1 0 0 度 )鉑電阻 直流電橋 放大 濾波A / D位移 ( 0 ~ ~ 5 m m ) 電感式傳感器交流電橋 放大濾波A / D5 0 0 K N 軸向力壓阻式壓力傳感器直流電橋 放大 濾波A / D3 K Z 加速度( 0 ~ ~ 5 0 g )壓電式加速度傳感器 電荷放大 濾波A / D接口工控機轉(zhuǎn)速( 0 ~ ~ 1 0 0 轉(zhuǎn) / 分 )扭 矩 傳 感 器 交流電橋 放大 濾波A / D數(shù)據(jù)采集卡圖 23 并行采集方案原理圖壓阻式壓力傳感器直流電橋放大濾波5 0 0 0 K N 軸向力壓阻式壓力傳感器直流電橋 放大 濾波溫度 ( 5 0 度 ~ 1 0 0 度 ) 鉑電阻直流電橋放大濾波位移 ( 0 ~ ~ 5 m m ) 電感式傳感器交流電橋放大濾波5 0 0 K N 軸向力 壓阻式壓力傳感器直流電橋 放大 濾波3 K Z 加速度( 0 ~ ~ 5 0 g )壓電式加速度傳感器電荷放大濾波接口工控機轉(zhuǎn)速( 0 ~ ~ 1 0 0 轉(zhuǎn) / 分 )扭 矩 傳 感 器交流電橋 放大濾波A/D2 0 0 0 K N 軸向力數(shù)據(jù)采集卡圖 24 串行采集方案原理圖第二章 設(shè)計方案論證 軟件平臺的確定 虛擬儀器介紹傳統(tǒng)儀器大多由以下三大功能模塊組成：對被測信號的采集與控制模塊、分析與處理模塊，以及測得結(jié)果的表達與輸出模塊。將這些功能移植到計算機上完成，在計算機上插上數(shù)據(jù)采集卡，然后利用軟 件 在 屏 幕 上 生 成 儀 器 面 板 ， 并 且 用 軟 件 來 進 行 信 號 的 分 析 處 理 ， 這 就 構(gòu) 成 了 一臺 虛 擬 儀 器 。簡單地說，虛擬儀器技術(shù)就是用戶自定義的基于 PC 技術(shù)的測試和測量解決方案。（1） ．性能高虛擬儀器是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成的 PC 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點，包括功能卓越的處理器和文件 I/O，使用戶在數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤的同時就能實時地進行復(fù)雜的分析。以一臺 60G 的示波器為例，在采用虛擬儀器技術(shù)的情況下，構(gòu)建這樣一臺示波器是相當(dāng)簡單的，只要將一臺基于 PC的數(shù)字轉(zhuǎn)換器放置在 PC 機中，就能以高達每秒 100MB 的速度將數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤。因特網(wǎng)和越來越快的計算機網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分享進入了一個全新的階段，將因特網(wǎng)和 NI（National Instrument，美國國家儀器公司）的軟硬件產(chǎn)品相結(jié)合，用戶就能夠輕松地與地球另一端的同事共享測量結(jié)果，分享“天涯若比鄰”的便捷。（2） ．?dāng)U展性強虛擬儀器的軟、硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當(dāng)前的技術(shù)中。在利用最新科技的時候，用戶可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設(shè)備中來，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時間。應(yīng)用虛擬儀器開發(fā)平臺（如LabVIEW）開發(fā)出的虛擬儀器，可以將商業(yè)技術(shù)應(yīng)用于運動控制、工業(yè)自動化、測試與測量等領(lǐng)域，并快速將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，而這一轉(zhuǎn)化過程的關(guān)鍵是用 LabVIEW 開發(fā)出來的軟件。NI 設(shè)計這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使用戶輕松地配置、創(chuàng)建、部署、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，但是這些不同設(shè)備間的連接和集成總是耗費大量時間，不是輕易可以完成的。為了獲得最高的性能、簡單的開發(fā)過程和系統(tǒng)層面上的協(xié)調(diào)，這些不同的設(shè)備必須保持其獨立性，同時還要緊密地集成在一起。得益于這一集成式的構(gòu)架帶來的好處，用戶的系統(tǒng)可以更具競爭性，因為用戶可以更高效地設(shè)計和測試高質(zhì)量的產(chǎn)品，并將它們更快速地投入市場。表 25 7 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器特點的對比虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器開放、靈活，可與計算機技術(shù)保持同步發(fā)展封閉、儀器間相互配合較差關(guān)鍵是軟件，系統(tǒng)性能升級方便，通過網(wǎng)絡(luò)下載升級程序即可關(guān)鍵是硬件，升級成本較高，且升級必須上門服務(wù)價格低廉，儀器間的資源可重復(fù)利用 價格昂貴，儀器間一般無法相互利用用戶可定義儀器功能 只有廠家能定義儀器功能可以與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備方便連接 功能單一，只能連接有限的獨立設(shè)備開發(fā)與維護費用降至最低 開發(fā)與維護開銷高技術(shù)更新周期短（1～2 年） 技術(shù)更新周期長（5～10 年） LabVIEW 概述美國國家儀器公司（National Instrument，簡稱 NI 公司）推出的虛擬儀器開發(fā)平臺，LabVIEW 以其直觀、簡便的編程方式，眾多的源碼級的設(shè)備驅(qū)動程序，多種多樣的對分析和表達功能的支持，為用戶快捷地構(gòu)建自己在實際生產(chǎn)中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering） ，即實驗室虛擬儀器集成環(huán)境，是一種圖形化的編程語言——Ｇ語言。它盡可能地利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。LabVIEW 被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)中，包括汽車、半導(dǎo)體、航空航天、交通運輸、高校實驗室、電信、生物醫(yī)藥與電子等。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，工程師們也可以利用 LabVIEW 進行生產(chǎn)測試，監(jiān)控各個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。可以預(yù)見，由于 LabVIEW 具有其他語言無法比擬的優(yōu)勢，已經(jīng)成為該領(lǐng)域的一朵奇葩，最終將引發(fā)傳統(tǒng)的儀器產(chǎn)業(yè)一場新的革命 [11]。最后，詳細說明虛擬儀器相對于傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢和今后的發(fā)展趨勢，介紹了 LabVIEW 軟件的用途和優(yōu)越性，決定使用 LabVIEW 軟件作為對回轉(zhuǎn)支持實驗臺進行監(jiān)測的平臺。確定選擇以下對根據(jù)各待測參數(shù)所需傳感器的工作原理，安裝方式，外形體積，價格等因素進行最優(yōu)化選擇,，并為每個待測參數(shù)提供三種傳感器的選擇方案。 溫度傳感器的選型實驗臺待測溫度范圍（50~100 度） 。（參數(shù)請見附件）2 STTB 系列鉑電阻溫度傳感器北京賽億凌科技有限公司STTB 系列鉑電阻溫度傳感器采用不銹鋼外殼封裝，頭部為鋁質(zhì)防水接線盒，廣泛應(yīng)用于熱能工程，電力，食品，制藥，壓力容器、石油化工等流程工業(yè)以及烘爐，塑料化纖，制冷機組等大型機械設(shè)備的溫度。（+）電流輸出：4mA20mA電壓輸出：0V—10V考慮到經(jīng)濟成本，實驗要求，和規(guī)格尺寸等因素，另外，設(shè)備的環(huán)保指標(biāo)也是選型中必要的考慮方面，故選擇方案 1，見圖 31。確定傳感器的類型: 壓電式加速度傳感器。10%)安裝諧振點：12KHZ重量：70gm安裝螺紋：M5mm用途：單向測振2 LC0410 壓電式加速度傳感器朗斯測試技術(shù)有限公司電荷靈敏度：30pc/g頻率范圍：—4000HZ(177。10%)安裝諧振點：21KHZ重量：100gm安裝螺紋：3M4用途：高溫，長期振動監(jiān)測考慮到經(jīng)濟成本，實驗要求等因素，方案 1 更能突出加速度傳感器安裝的方便簡易性，故選擇方案 1，見圖 32。實驗臺提供加載力至少大于 2022KN，因此需要液壓缸提供大于 30Mpa 的壓力。選型方案見表 33：表 33 壓力傳感器的選型方 案 型 號 廠 家 規(guī) 格 參 數(shù) 1PCM100 型壓電式傳感器南京沃天有限公司恒流供電：推薦 恒壓供電：推薦 10VDC 測量范圍：0～20KPa…100MPa 補償溫度：10～70℃工作溫度：40～125℃輸入阻抗：3kΩ～6kΩ零點輸出：177。%FS(最小值)；177。%FS(最大值)過載壓力： 倍滿量程壓力 CYG115 壓力壓力傳感器昆山雙橋傳感器測控技術(shù)有適用于強堿性介質(zhì)之外的所有介質(zhì)的動靜態(tài)壓力測量,有較優(yōu)良的動態(tài)特性第三章 硬件設(shè)計3 限公司. 量 程：0～1MPa～10～60MPa（亦可測量最大100KPa 的負表壓）過載能力：≥200%或最大 120MPa考慮到經(jīng)濟成本，實驗要求，和規(guī)格尺寸等因素，故選擇方案 1，見圖 33。10%檢測物體：磁性金屬（非磁性金屬檢測距離下降）響應(yīng)頻率：800HZ差動距離：檢測物體的%10 以下輸出電流：小于 150mA，供電電源：DC10V～30V177。精度等級：% % % % % %供電電壓（直流）：9v～24v、177。％FS；30cm 以下最大誤差 150μm分辨率：150μm輸出模式：0～5V，0～10V，4～20mA，177。10V供電電源：177。圖 34 電感式位移傳感器 扭矩傳感器的選型根據(jù)安裝在電機上的扭矩傳感器可測量電機帶動回轉(zhuǎn)支承啟動時的扭矩和回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速，回轉(zhuǎn)支承在運行時轉(zhuǎn)速范圍大概為（0100 轉(zhuǎn)/分） 。 %響應(yīng)時間：100μs額定功耗：＜150mA額定電壓：24VDC過載量：100%使