具有状态监测功能的典型零部件设计理论及方法

摘要

具有状态监测功能的典型零部件设计,其基本思想是在不破坏原有零部件机械性能的前提下将微传感器嵌入到传统的零部件体内,并通过微传感器采集到的相关故障信号就近放大后传输(有线或无线方式)给后续的检测与分析系统,从而使零部件自身能够获取其故障特征以达到在线监测的目的。这种新型的典型零部件设计理论和方法,在军事、航天和核电的设备状态监测和故障诊断方面有巨大的应用前景。 本文利用并行设计的方法,以深沟球轴承为对象,对具有状态监测功能的轴承进行结构的设计及有限元结构分析、微传感器模块设计、信号无线传输等关键技术开展了研究,主要内容及研究得到的一些结论如下： 1)具有状态监测功能的典型零部件设计：采用并行设计的思想,使传感器与轴承结构设计相结合,同时介召了由于结构的改进对轴承的受力产生了什么影响,通过分析,微传感器安装在轴承外圈的正下方即载荷最大处最为合理。 2)确定开槽对轴承承载能力的影响,对开槽后轴承的结构进行了分析。首先应用stribeck和赫兹接触理论建立了开槽后轴承外圈滚道的受力模型,其次建立了轴承外圈简化的有限元模型,对开方槽(通槽、不通槽)、开圆槽等不同开槽形状结构的有限元模型进行分析,确定了影响轴承承载能力的主要因素。 3)为采用微小传感与处理单元对轴承状态信号进行获取和传送,进行了硬件设计研究,确定了嵌入式微传感器模块的总体方案。根据模块所实现功能、微型化和低功耗等设计要求进行了选型分析,选择了传感器芯片LIS3LOZAL和无线收芯片nRF24EI,最后完成了微传感器模块的设计与研制。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题的提出背景

1.2状态监测与故障诊断技术在设备使用维护中的应用现状

1.2.1设备状态监测与故障诊断技术的研究意义

1.2.2当前设备状态监测与故障诊断技术的研究重点

1.2.3设备状态监测与故障诊断技术的发展方向

1.3状态监测机制对机械零件设计理论发展的要求

1.3.1设备状态监测系统和机械零件分离设计的局限性

1.3.2设备状态监测对机械零件设计理论发展的要求

1.4本文主要研究内容及意义

第二章具有状态监测功能的零部件设计过程

2.1引言

2.2设备状态监测系统的基本理论及内容

2.2.1设备状态监测与故障诊断技术的概述

2.2.2设备状态监测的内涵

2.2.3设备状态监测和故障诊断的基本方法

2.3并行工程的基本思想

2.3.1并行工程的定义

2.3.2并行工程的特点

2.3.3并行工程的效益

2.4传统的机械零部件设计基本要求及设计过程

2.4.1机械零件设计时应满足的基本要求

2.4.2传统的机械零部件设计一般过程

2.5具有状态监测功能的典型零部件的设计过程

2.5.1具有状态监测功能的零部件的设计原理

2.5.2具有状态监测功能的零部件设计关键问题的探讨

2.5.3具有状态监测功能的典型零部件的设计过程

2.6本章小结

第三章滚动轴承的振动类型及故障特征

3.1引言

3.2滚动轴承失效的基本形式

3.3滚动轴承的振动类型及其故障特征

3.3.1特征频率

3.3.2滚动轴承的故障诊断中的频率谱特征

3.4本章小结

第四章基于振动状态监测的滚动轴承设计

4.1引言

4.2东风EQ2100E6D型军用卡车变速器的滚动轴承介绍

4.3基于振动状态监测的滚动轴承设计原理及方法

4.3.1基于振动状态监测的滚动轴承设计原理

4.3.2基于振动状态监测的滚动轴承设计的关键技术问题

4.4基于振动状态监测的滚动轴承的结构设计

4.4.1传感器的嵌入方式

4.4.2传感器在外圈中的嵌入位置

4.5基于振动状态监测的滚动轴承的力学分析

4.5.1滚动轴承结构分析力学基础

4.5.2滚动轴承滚动体与轴承外圈滚道接触面计算

4.5.3开槽后轴承的有限元结构分析

4.6嵌入式传感器的模块设计

4.6.1嵌入式传感器模块设计的总体方案

4.6.2主要元器件的选型分析

4.6.3嵌入式传感器模块的原理图设计

4.6.4嵌入式传感器模块PCB设计

4.7本章小结

全文总结

参考文献

致谢