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钢球表面展开机构建模与仿真研究

吕景超  
【摘要】:目前,机械行业正朝着高速度、高精度和高质量的方向发展,轴承作为机械行业重要的基础部件,其作用显得更加突出。钢球作为轴承的滚动体,其质量直接影响了轴承的运动精度、动态性能和使用寿命。在对钢球表面质量进行检测的过程中,钢球的球形特点严重影响了对钢球表面缺陷的全面检测,如何将钢球表面合理高效的展开在检测仪下是迫切需要解决的问题。因此,本文对单驱动钢球表面展开机构、单驱动展开机构钢球表面展开轨迹和单驱动展开机构展开过程中钢球的动力学特性进行了深入的研究,并制造了展开机构模型,搭建了钢球表面缺陷检测试验样机,进行了实验。 单驱动钢球表面展开机构的理论研究是从力学和运动学关系入手,分析展开机构中展开轮的展开原理和展开过程中钢球的角速度变化;分析了不同结构的展开轮对钢球表面展开的影响。对钢球表面展开轨迹进行了运动分析,建立了钢球表面展开轨迹数学模型;对展开机构的配套系统:送球机构、分球机构和进料箱进行了设计和分析。 运用MATLAB仿真软件对单驱动钢球表面展开机构中钢球的展开过程进行了仿真分析和研究。根据建立的钢球表面展开过程运动轨迹数学模型,编制M文件,对钢球表面展开轨迹进行仿真,得出了展开机构能够将钢球表面展开的结论。结合光纤传感器检测原理计算了钢球表面缺陷检测过程中钢球表面不会出现检测死区的条件,即钢球表面遍历的条件。利用仿真结果和展开过程运动关系,给出了一定转速下不同直径钢球表面完全展开且不会出现死区的条件。根据展开原理和光纤传感器检测原理计算了钢球表面检测过程中的重复率,并给出了最小重复率条件。 利用CATIA三维软件建立了单驱动钢球表面展开机构实验模型,根据展开轮原理设计了适合3mm-8mm直径钢球展开用的展开轮,运用ADMAS仿真软件对展开机构进行了动力学仿真。模拟了钢球展开过程并分析了展开机构中展开轮、驱动轮、压紧轮和钢球在展开过程中的受力变化过程和运动变化过程;分析了钢球在展开过程中的振动变化,优化了展开机构的各个运动参数;绘制了钢球展开过程中展开机构各个部分受力变化和位移变化曲线。 加工制造了展开机构的各个零件,并装配完成单驱动钢球表面展开机构。结合三坐标位移平台,光纤传感器和数据处理电路等实验器材搭建了钢球表面缺陷检测系统,对钢球表面缺陷进行了检测。根据仿真实验结果设计了钢球表面缺陷检测实验,钢球振动实验和钢球遍历实验,验证了仿真实验的真实性和有效性,分析了钢球表面缺陷检测过程中误差产生原因。


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