高频伺服扭转疲劳试验机液压系统设计与开发

摘要

疲劳破坏是指材料在远低于材料强度极限的交变应力作用下而发生破坏的现象，是多数机械零部件早期失效的主要形式。扭转疲劳试验机是用来确定工业生产中各种曲轴、连杆、齿轮、弹簧、螺栓等零件的动态力学性能，即疲劳性能。电液伺服系统具有精度高、响应快、功率高的特点，因此本试验机采用电液伺服系统，摆动液压缸作为电液伺服系统的执行元件。 因为电液伺服疲劳试验机属于技术密集型测试设备，其核心技术长期被欧美及日本等发达国家所掌握，并一直垄断着全球的产品市场，而我国在该领域的研究起步相对较晚，与国外先进技术存在不小差距。在国内，大部分试验机厂只生产用于静载测试的扭转试验机，而用于动载测试的扭转疲劳试验机几乎没有，所以加强该领域的研究工作并形成工业量产就是非常有必要。 机架，液压系统，测控系统等作为此设备的主要组成部分。其中液压系统和测控系统是高频伺服扭转疲劳试验机的核心部分，它们的性能将直接影响试验机的频率、精度以及响应速度等。本论文是与上海美西为机电设备有限公司合作完成的，主要内容包括:液压系统设计，摆动液压缸的设计和液压系统主要元件选型，基于AMESim液压系统建模与仿真以及实验软件开发。 液压系统的整体设计是基于技术要求。摆动液压缸的设计是借鉴汉臣(HAENCHEN)公司伺服缸间隙密封技术，将该密封技术运用于此执行元件中，并对输出轴、缸体内壁、动叶片外弧面和定叶片内弧面进行热处理，提高摆动液压缸的使用寿命。同时对伺服阀、液压泵、传感器选型。 基于AMESim液压系统建模与仿真是运用AMESim软件对系统进行建立模型，并设置相应的参数，对液压系统进行基于角度闭环反馈和扭矩闭环反馈的仿真。结果表明该试验机液压系统具有良好的动态性能，也验证了该液压系统的设计具有可行性。 实验软件是基于Delphi软件开发平台开发的试验软件程序，实现单通道加载，N闭环滑模变结构反馈控制。控制方式包括扭矩控制、角度控制，在试验开始前通过界面操作完成控制方式的转换，试验开始后禁止进行控制方式转换。加载波形包括正弦波、三角波、矩形波、梯形波、锯齿形波、自定义波等，并在试验开始前可以设置对应的频率、初相、峰值和均值等参数。要求有实验保护功能，自动停止和手动急停实验功能。实时记录试验数据同时保存为文本文件，为试验数据后续处理提供方便。 最后进行高频伺服扭转疲劳试验机的安装与调试，对调试过程中出现的问题分析并提出解决方案。最终试验机满足设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外发展现状

1．3 本论文研究的主要内容

第2章 高频伺服扭转疲劳试验机液压系统总体设计

2．1 高频伺服扭转疲劳试验工作原理及试验流程

2．2 高频伺服扭转疲劳试验机功能及主要技术参数

2．2．1 试验机功能

2．2．2 主要技术参数

2．3 液压系统总体设计

2．4 本章小结

第3章 摆动液压缸的设计及主要元件选型

3．1 摆动液压缸工作压力和液压油型号的选择

3．2 摆动液压缸的设计

3．2．1 间隙密封工作原理

3．2．2 摆动液压缸工艺特点

3．2．3 摆动液压缸固有频率分析

3．2．4 摆动液压缸参数计算

3．3 伺服阀的选型

3．3．1 伺服阀的工作原理

3．3．2 伺服阀的选型

3．3．3 伺服阀的参数计算

3．4 液压泵的选型

3．4．1 液压泵的分类

3．4．2 液压泵的参数计算

3．5 传感器的选型

3．5．1 角度编码器的选型

3．5．2 扭矩传感器的选型

3．6 本章小结

第4章 基于AMESim的液压系统建模与仿真

4．1 AMESim软件介绍

4．2 液压系统AMESim建模

4．2．1 常用液压元件模型

4．2．2 液压系统建模

4．3 液压系统参数

4．4 液压系统仿真分析

4．4．1 角度加载仿真分析

4．4．2 扭矩加载仿真分析

4．5 本章小结

第5章 基于Delphi编写的试验软件

5．1 Delphi软件介绍

5．2 试验软件功能

5．2．1 软件界面

5．2．2 试验过程

5．2．3 试验报告

5．2．4 传感器

5．2．5 参数设置

5．3 试验软件源代码

5．4 本章小结

第6章 高频伺服扭转疲劳试验机安装与调试

6．1 高频伺服扭转疲劳试验机的组装

6．2 高频伺服扭转疲劳试验机的调试

6．2．1 试验机的工作环境

6．2．2 试验机调试准备

6．2．3 试验机调试

6．2．4 调试过程中所遇到的问题和解决方法

6．3 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果