塑料齿轮加速疲劳寿命试验机研制及试验研究

基于恒定应力加速疲劳寿命测试原理,研制了针对塑料齿轮的试验机,进行疲劳寿命的快速测试。重点研究了试验机的工作原理、结构以及核心零部件的设计。整体上采用卧式结构,设计了专用的齿轮工装来保证测试精度,由温控箱对测试环境温度进行调节控制。该试验装置可以准确测量塑料齿轮的转速、转矩、温度以及循环次数对传动效率的影响。试验结果表明,转矩越大,塑料齿轮在稳定磨损阶段的平均效率越低;平均温度越高,循环次数越少。为塑料齿轮寿命预测和失效形式的研究提供了一种高效可行的方法与装置,具有理论价值与实际应用价值。

基于递推最小二乘法观测器的永磁同步伺服电机变参数滑模控制

在采用传统滑模控制(sliding mode control,SMC)方法的永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)伺服系统中,阶跃位置响应会在系统参数变化时发生超调或响应速度变慢。针对该问题,该文提出一种变参数滑模控制(variable parameter sliding mode control,VSMC)方法,利用最小二乘法观测器观测系统的惯量和负载转矩,并将二者的观测值代入到VSMC滑模面参数的计算式中,计算出不同工况下的滑模面参数,实现变参数控制。同时,还提出获取该计算式的两种方法——解析分析法和拟合法。仿真和实验均验证了所提算法的可行性,证明VSMC可使系统在转动惯量等参数发生变化时仍然能够快速且无超调地跟随阶跃的位置指令,有较强的鲁棒性。

滑模控制的PMSM调速系统抗负载性能研究

针对永磁同步电机(PMSM)调速系统在突加负载时产生的抖动现象,基于矢量控制的电机调速系统,设计了一种将永磁同步电机速度环上用滑模控制代替传统比例积分(PI)控制的新方法;建立了这两种控制方法的Matlab/Simulink仿真模型,同时搭建了永磁同步电机的负载试验台。结果表明:改进的滑模控制方法在电机突加负载时,电机转速恢复稳定值时间比PI时减小了83%;在恢复稳定转速后,采用滑模控制比PI控制的电机转速稳态误差减少了90%;验证了所提出的滑模控制方法具有较强的抗负载能力,很大程度上改善了电机的响应速度。通过试验研究分析,得到了PI控制的转速偏差大于滑模控制的转速偏差的试验结果,进一步验证了在电机达到稳定状态突加负载后,滑模控制的永磁同步电机具有良好的抗负载性和系统稳定性。

塑料齿轮缩腰的机理分析及解决方法

以某塑料齿轮为例,利用Moldflow分析塑料齿轮产生缩腰的机理,提出采用鼓形电极加工模具型腔板以消除塑料齿轮缩腰的现象,并详细介绍了塑料齿轮的成型方法,实际生产表明该方法有效解决了塑料齿轮成型中的缩腰问题。

永磁同步电机伺服控制(连载之一)国内外研究现状与发展趋势概述

伺服控制系统作为工业自动化领域的核心部分之一,近年来得到了广泛的关注。其中,以永磁同步电机为执行元件的交流伺服系统,因高效、高功率密度等优势,受到了众多学者、工程师的青睐。随着电力电子技术、电机设计理论及制造技术、控制以及计算机学科的发展,它被逐渐推广到了机器人、航空航天等诸多领域,成为了工业界和学术界的焦点。本文简述永磁同步电机伺服控制系统的总体结构和发展历程,介绍国内外研究现状,并对其未来的发展趋势做出展望。

永磁同步电机伺服控制(连载之四)滑模位置伺服控制

滑模控制作为变结构控制的一大分支,因对被控对象精确数学模型依赖性低,而具备较强的鲁棒性。本文将滑模控制算法应用到永磁同步电机伺服控制系统的位置环中,详细介绍了其状态变量的设置、滑模面以及趋近律的选取并推导了控制器输出量的表达式。仿真和实验结果证明,采用滑模位置控制器的永磁同步电机伺服系统可以较好地跟随位置给定信号,且抖振问题也得到了有效的解决。

永磁同步电机伺服控制(连载之二)模糊逻辑速度控制

传统PI控制以其原理简单且易于实现的优势早年在伺服系统中得到了广泛的应用,但它依赖于被控对象精确的数学模型,控制性能受运行工况或电机参数变化的影响较大,无法满足现阶段对高性能伺服系统速度控制的要求。所以,本文将鲁棒性较强、对被控对象精确数学模型依赖性低的模糊逻辑控制算法,应用到永磁同步电机伺服控制系统的速度环中,以提升系统速度响应的快速性以及抗扰性。仿真及实验结果证明,用模糊逻辑控制器替代传统的PI控制器,可有效增强永磁同步电机伺服控制系统速度响应的快速性和抗扰性。

注塑工艺对POM齿轮弯曲疲劳寿命的影响规律

为了研究注塑工艺对聚甲醛(POM)齿轮弯曲疲劳寿命的影响,采用了DOE实验设计方法,并参考GB/T 14230-2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》中的运转型试验方式来制定试验方案和设计测试装置。按照设计的实验计划,进行了齿轮弯曲疲劳寿命的试验,并获得POM齿轮寿命实验数据。通过Minitab软件对实验数据进行分析,得到弯曲疲劳寿命的主效应图和Pareto图。分析结果表明,模具温度和保压压力是影响POM齿轮弯曲疲劳寿命的两个主要工艺参数。为改善这些工艺参数对齿轮性能的影响,对模型进行了优化改进,并建立了回归方程来描述模具温度和保压压力对齿轮弯曲疲劳寿命的影响。通过实验验证发现,通过Minitab的响应优化得到数据模型预计最佳值及最优工艺配置:模具温度120℃,保压压力120MPa。在工艺优化后,POM齿轮的弯曲疲劳寿命提高了约59%。这表明,经优化后的注塑工艺,可以显著改善POM齿轮的性能,并延长其使用寿命。

抑制聚甲醛齿轮塑件缩孔的工艺参数研究

针对田口试验难以掌握主要影响因素相互作用的缺点,采用全因子试验方法研究抑制聚甲醛齿轮缩孔的工艺优化方法。根据因素初筛及实践经验确定试验变量,按随机化和划分区组等要求开展试验,计算标准化效应,确定因子交互作用,优选成型工艺参数并开展成型试验,验证方法的可靠性。研究结果表明增大保压压力、降低熔体温度可以较好地抑制齿轮缩孔缺陷,且保压压力与熔体温度没有显著的交互作用,可以独立设置两2个工艺参数。

塑料齿轮传动误差动态试验机的研制

基于单面啮合测量原理,研制了塑料齿轮传动误差动态试验机,该试验机能够模拟塑料齿轮实际工况,实现不同参数塑料齿轮空载、负载及不同转速情况下传动误差的动态测量。重点介绍了该试验机的工作原理、组成和关键零部件的设计。进行了传动误差的动态测量试验,并简要分析了空载、负载、不同转速时传动误差的变化。试验结果表明,该试验机能实现塑料齿轮传动误差的快速测量,为提高塑料齿轮的传动性能、改进塑料齿轮的设计提供了可靠手段。

微小丝杠副传动效率测试系统的研制

由于对丝杠副传动效率进行的研究较少,针对滑动丝副传动效率的测试问题,以微小型的塑料螺母与金属丝杠配合的丝杠副为研究对象,研制了微小丝杠副传动效率测试系统。该测试系统采用螺母旋转、丝杠直线运动的运动方式来测试丝杠副的传动效率;采用扭矩传感器测量了输入端扭矩T,采用力传感器测量了输出端轴向负载力F_(ax);通过设计弹簧负载装置,模拟了被测丝杠副测试过程中的实际负载工况;通过设计专用的丝杠副工装,解决了丝杠副的安装定位问题;通过采用TwinCAT2软件和倍福PLC编程语言开发了运动控制系统和数据采集系统;通过采用C++语言编写了人机交互软件。测试结果表明:传动效率的测试结果最小值>77%,在5500 N的负载下,传动效率可达83.818%;研究结果表明:该测试系统可满足微小丝杠副带载荷的传动误差测试要求。

小模数塑料齿轮静态强度试验台研制与实验研究

为获取小模数塑料齿轮的静态强度,研发了小模数塑料齿轮静态强度试验台,可以精准测量出不同模数、转速、材料的塑料齿轮的静态强度。重点介绍了试验台的工作原理、构成和工装零部件的设计。试验台由机械系统、电控系统和测量软件组成,主要采用卧式结构,结构紧凑,占用空间小,工装夹具设计简单,便于测量。进行了静态强度的测试试验,测试了不同材料的静态强度。该试验台的研发,解决了小模数齿轮静态强度测试不准、测试装夹困难的问题。研究对塑料齿轮设计有一定的理论价值与实际应用价值。

浇口对玻纤增强塑料齿轮精度及力学性能的影响

通过对3点进料玻纤增强塑料齿轮的齿形精度及力学性能进行测试,结合MoldFlow模拟仿真结果,分析了齿轮啮合精度低、齿轮强度一致性差的原因。针对此问题,提出采用中心进料的设计方案,实现了玻纤的均匀排列,结果证明该方法可有效提高玻纤增强塑料齿轮的啮合精度和齿轮强度的一致性。

聚甲醛齿轮强度形成机理及工艺优化

以提高齿根弯曲强度为目标开展聚甲醛齿轮的力学性能测试,优化了齿轮强度计算方法,提高了弯曲强度计算结果的可靠性。对试验结果进行分析,得到了模具温度、熔体温度、保压压力、注射速度、冷却时间、保压速度对齿轮强度的影响程度及趋势,得出模具温度和熔体温度是影响聚甲醛齿轮强度的关键工艺参数,且模具温度的影响最显著,并对成型制品进行DSC测试,发现制品强度与结晶度密切相关,提高模具温度和熔体温度增强了制品的结晶度,也提高了制品的强度。

塑料直齿轮大小头形成机理分析及解决方法

针对塑料直齿轮注射成型过程中出现的大小头问题,采用MoldFlow进行仿真分析,揭示了因温度分布不均而产生大小头现象的机理,并结合直齿轮成型试验及检测结果,提出了根据收缩率和变模数法计算型腔定模侧和动模侧的齿形参数、采用线切割加工锥度型腔板以消除成型齿轮大小头的方法。实际结果表明:该方法可有效解决塑料直齿轮成型中的大小头问题,提高了塑料直齿轮的成型精度。

永磁同步电机伺服控制(连载之三)模糊逻辑速度控制基于自适应调节的性能优化

在永磁同步电机速度伺服控制中,针对普通模糊逻辑控制器存在鲁棒性有限且输出电流谐波含量较大的问题,设计了一种自适应模糊逻辑控制器,通过自动调节控制器的输入、输出比例因子来改善其动态及稳态性能。通过仿真与实验验证了自适应方法的有效性。

永磁同步电机伺服控制(连载之六)不同位置给定信号下滑模控制性能研究

将滑模控制算法应用到永磁同步电机伺服控制系统的位置环中,可获得优越的位置阶跃响应。本文针对正弦与斜坡位置给定信号,研究滑模控制的性能,并从控制框图的角度将滑模控制与传统比例控制进行对比分析,以及仿真与实验验证。

永磁同步电机伺服控制(连载之五)变参数滑模位置伺服控制

永磁同步电机伺服系统采用传统定参数滑模控制时,阶跃位置响应会在系统参数变化时发生超调或响应速度变慢。针对该问题,本文将滑模控制器与递推最小二乘法观测器相结合,利用观测器观测得到的系统转动惯量和负载转矩值对滑模面参数进行修正,构成变参数滑模控制器,以进一步增强伺服系统的鲁棒性。仿真和实验证明变参数滑模控制器可使系统在转动惯量等参数发生变化时仍然能够快速且无超调地跟随阶跃的位置指令,有较强的鲁棒性。

母线立弯成形失稳翘曲研究

运用弯曲成形理论与塑性力学知识,分析母线弯曲过程中翘曲的产生机理,并对其进行力学分析。利用能量法推导出临界压应力的解析表达式,研究发现,母线立弯时翘曲的发生与材料的力学性能和几何参数有关;进一步研究了厚度对压应力的影响后发现,随着厚度的增加,压应力增大,母线抵抗失稳翘曲的能力增强。通过对1060铝排进行立弯试验,得到材料厚度与翘曲的变化规律,验证了厚度对于母线失稳翘曲的影响,这与推导表达式的结果是一致的,这一研究为抑制母线立弯成形过程中产生的翘曲缺陷提供了理论依据,具有一定的参考价值。