回轉(zhuǎn)支承實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、回轉(zhuǎn)支承實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要回轉(zhuǎn)支承是實(shí)現(xiàn)兩部分相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)零件，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、雷達(dá)、工程機(jī)械、載人升降機(jī)、軌道車輛以及醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，處于結(jié)構(gòu)承上啟下的關(guān)鍵部位，它的質(zhì)量直接影響這些設(shè)備的性能。由于回轉(zhuǎn)支承造價(jià)昂貴，而且拆裝十分困難，維修周期長(zhǎng)，維修費(fèi)用高，并且其使用環(huán)境相對(duì)惡劣，因此需要對(duì)回轉(zhuǎn)支承的動(dòng)靜態(tài)承載能力和可靠性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本文在對(duì)回轉(zhuǎn)支承實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了測(cè)試方案設(shè)計(jì)，并對(duì)傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)等選型。并以LabVIEW軟件為平臺(tái)，開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)程序，組建虛擬儀器系統(tǒng)，針對(duì)回轉(zhuǎn)支承在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的各種運(yùn)行狀態(tài)和其在工作過程中容易引起故障

2、的相關(guān)部位進(jìn)行了模擬狀態(tài)監(jiān)測(cè)。該測(cè)試系統(tǒng)可以模擬監(jiān)測(cè)信號(hào)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及進(jìn)行處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集、分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警等功能，以便反映回轉(zhuǎn)支承的工作狀態(tài)，為后期分析奠定基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)支承 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) LabVIEW 數(shù)據(jù)采集The Design Of The Monitoring Laboratory System Of Slewing-Bearings ConditionAbstractSlewing bearings is the basis part which achieve relatively rotating between the two pasts, wide

3、ly used in robotics, wind generators, radar, engineering machinery, manned lifts, track vehicles, medical equipment and other fields, which connecting link between the preceding structure of the key parts, its quality has direct impact to these equipment functions. As slewing bearing costly, and ent

4、ry is very difficult, long cycle maintenance, high maintenance costs and to use the relatively poor environment, therefore need to test the static and dynamic of slewing bearings capacity and reliability. Based on the experimental stage and the test a project of the analysis for slewing bearing, des

5、igning the plan of test, selecting the sensors, data acquisition card, and IPC，etc. Use the LabVIEW as a platform to develop monitoring procedures at the scene, building of virtual instrument systems, simulating to monitor the slewing bearing in the experimental stage and various running in the cour

6、se of their work that easily lead to failure of the relevant sites. The test system can simulate signal, data acquisition ,processing ,analysis, to achieve the functions of real-time collection, analysis, data storage, alarm, etc. In order to reflect the work of the slewing bearing, and lay the foun

7、dation for later analysis.Keyword： Slewing-bearing; Design of the test system; LabVIEW; Collecting data目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc200941095 摘 要 PAGEREF _Toc200941095 h I HYPERLINK l _Toc200941096 Abstract PAGEREF _Toc200941096 h II HYPERLINK l _Toc200941097 第一章 緒論 PAGEREF _Toc200941097 h 1

8、HYPERLINK l _Toc200941098 課題意義 PAGEREF _Toc200941098 h 1 HYPERLINK l _Toc200941099 回轉(zhuǎn)支承國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc200941099 h 1 HYPERLINK l _Toc200941100 1.3 本人的任務(wù) PAGEREF _Toc200941100 h 5 HYPERLINK l _Toc200941101 1.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc200941101 h 6 HYPERLINK l _Toc200941102 第二章 設(shè)計(jì)方案論證 PAGEREF _Toc2009411

9、02 h 7 HYPERLINK l _Toc200941103 2.1 系統(tǒng)要求分析 PAGEREF _Toc200941103 h 7 HYPERLINK l _Toc200941104 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 PAGEREF _Toc200941104 h 8 HYPERLINK l _Toc200941105 2.2.1 傳感器測(cè)試性能簡(jiǎn)析 PAGEREF _Toc200941105 h 9 HYPERLINK l _Toc200941106 2.2.2 被測(cè)量簡(jiǎn)析 PAGEREF _Toc200941106 h 9 HYPERLINK l _Toc200941107 信號(hào)調(diào)理簡(jiǎn)析 PAGE

10、REF _Toc200941107 h 10 HYPERLINK l _Toc200941108 2.2.4 CPU選擇 PAGEREF _Toc200941108 h 10 HYPERLINK l _Toc200941109 2.2.5 總線方式 PAGEREF _Toc200941109 h 10 HYPERLINK l _Toc200941110 采集方案的確定 PAGEREF _Toc200941110 h 10 HYPERLINK l _Toc200941111 2.4 軟件平臺(tái)的確定 PAGEREF _Toc200941111 h 11 HYPERLINK l _Toc200941

11、112 虛擬儀器介紹 PAGEREF _Toc200941112 h 11 HYPERLINK l _Toc200941113 2.4.2 LabVIEW概述 PAGEREF _Toc200941113 h 14 HYPERLINK l _Toc200941114 本章小結(jié) PAGEREF _Toc200941114 h 15 HYPERLINK l _Toc200941115 第三章 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc200941115 h 16 HYPERLINK l _Toc200941116 傳感器選型 PAGEREF _Toc200941116 h 16 HYPERLINK l _T

12、oc200941117 溫度傳感器的選型 PAGEREF _Toc200941117 h 16 HYPERLINK l _Toc200941118 加速度傳感器的選型 PAGEREF _Toc200941118 h 17 HYPERLINK l _Toc200941119 壓力傳感器的選型 PAGEREF _Toc200941119 h 18 HYPERLINK l _Toc200941120 位移傳感器的選型 PAGEREF _Toc200941120 h 19 HYPERLINK l _Toc200941121 扭矩傳感器的選型 PAGEREF _Toc200941121 h 20 HYP

13、ERLINK l _Toc200941122 數(shù)據(jù)采集設(shè)備選型 PAGEREF _Toc200941122 h 21 HYPERLINK l _Toc200941123 工控機(jī)選型 PAGEREF _Toc200941123 h 22 HYPERLINK l _Toc200941124 3.4 實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 PAGEREF _Toc200941124 h 23 HYPERLINK l _Toc200941125 傳感器布置 PAGEREF _Toc200941125 h 23 HYPERLINK l _Toc200941126 3.6 數(shù)據(jù)采集接線圖 PAGEREF _Toc20094112

14、6 h 24 HYPERLINK l _Toc200941127 本章小結(jié) PAGEREF _Toc200941127 h 24 HYPERLINK l _Toc200941128 第四章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc200941128 h 26 HYPERLINK l _Toc200941129 4.1 軟件功能分析 PAGEREF _Toc200941129 h 26 HYPERLINK l _Toc200941130 4.2 程序編制過程簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc200941130 h 26 HYPERLINK l _Toc200941131 4.2.1 建立VI程序 PAGE

15、REF _Toc200941131 h 26 HYPERLINK l _Toc200941132 4.2.2 顯示采集信號(hào)的波形 PAGEREF _Toc200941132 h 27 HYPERLINK l _Toc200941133 4.2.3 采集信號(hào)的濾波處理 PAGEREF _Toc200941133 h 30 HYPERLINK l _Toc200941134 4.2.4 保存采集信號(hào)的數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc200941134 h 32 HYPERLINK l _Toc200941135 4.2.5 添加報(bào)警提示功能 PAGEREF _Toc200941135 h 35 HY

16、PERLINK l _Toc200941136 4.2.6 程序的組建及修飾 PAGEREF _Toc200941136 h 37 HYPERLINK l _Toc200941137 4.3 軟件使用說(shuō)明 PAGEREF _Toc200941137 h 38 HYPERLINK l _Toc200941138 4.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc200941138 h 44 HYPERLINK l _Toc200941140 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc200941140 h 45 HYPERLINK l _Toc200941139 致 謝 PAGEREF _Toc20094

17、1139 h 46第一章 緒論回轉(zhuǎn)支承是實(shí)現(xiàn)兩部分相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)零件，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、雷達(dá)、工程機(jī)械、載人升降機(jī)、軌道車輛、飲料灌裝機(jī)械、污水處理裝置以及醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，處于結(jié)構(gòu)承上啟下的關(guān)鍵部位，它的質(zhì)量直接影響這些設(shè)備的性能。由于回轉(zhuǎn)支承造價(jià)昂貴，而且拆裝十分困難，維修周期長(zhǎng)，維修費(fèi)用高，并且其使用環(huán)境相對(duì)惡劣，因此對(duì)回轉(zhuǎn)支承的動(dòng)靜載能力和可靠性指標(biāo)提出了較高的要求。特別是風(fēng)電用回轉(zhuǎn)支承，是風(fēng)電設(shè)備的核心部件，是影響大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的重要因素。一方面，風(fēng)機(jī)要跟蹤風(fēng)向變化及時(shí)調(diào)整風(fēng)葉度。另一方面，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常年在野外工作，工況條件惡劣，風(fēng)速（有時(shí)高達(dá)70m/s）、溫

18、度、濕度、和回轉(zhuǎn)支承的載荷變化都較大，由此要求回轉(zhuǎn)支承具有良好的耐沖擊性、密封性能、長(zhǎng)壽命和高可靠性。由于風(fēng)電設(shè)備的龐大性，特別是大型風(fēng)電設(shè)備，一旦設(shè)備安裝調(diào)試完畢，回轉(zhuǎn)支承就很難進(jìn)行更換。如果要更換，不但施工難度大，而且耗資巨大。所以，在風(fēng)電設(shè)備開發(fā)中主要著眼于提高回轉(zhuǎn)支承的可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命。可以說(shuō)回轉(zhuǎn)支承決定了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的壽命。國(guó)外很多廠家在生產(chǎn)回轉(zhuǎn)支承都有嚴(yán)格的測(cè)試流程和測(cè)試設(shè)備，我國(guó)回轉(zhuǎn)支承的生產(chǎn)歷史不長(zhǎng)，近幾年在國(guó)家振興機(jī)械行業(yè)的政策扶持下，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和機(jī)械行業(yè)的復(fù)蘇，回轉(zhuǎn)支承的需求量的劇增使很多廠家開始投產(chǎn)，但是其品質(zhì)不高，特別是生產(chǎn)出來(lái)的回轉(zhuǎn)支承沒有嚴(yán)格的承載實(shí)驗(yàn)，生

19、產(chǎn)廠家對(duì)其產(chǎn)品的壽命缺乏可靠的數(shù)據(jù)。本課題根據(jù)國(guó)內(nèi)某回轉(zhuǎn)支承的生產(chǎn)廠家的實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)一套適合中等規(guī)模的回轉(zhuǎn)支承的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)。支承，是指在一對(duì)彼此間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副中起到隔離和力傳遞作用的機(jī)械零部件，并且大多數(shù)場(chǎng)合下是指不動(dòng)件一方。軸承作為支承的主要形式之一，差不多和旋轉(zhuǎn)機(jī)械同時(shí)問世。而支承的定義還可以更擴(kuò)展一些，不必局限于軸承。軸承技術(shù)真正開始成為一門學(xué)科，最早也許可以上溯到1879年，英國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)在這一年任命了一個(gè)專門委員會(huì)開展運(yùn)動(dòng)副間摩擦問題的調(diào)查1。而回轉(zhuǎn)支承是近50年發(fā)展起來(lái)的新型軸承，與普通軸承相似，都有滾動(dòng)體和帶滾道的套圈，但又存在顯著差異，按其結(jié)構(gòu)型式可分為4點(diǎn)接

20、觸球軸承、雙排角接觸推力球軸承、交叉圓柱滾子軸承、交叉圓錐滾子軸承和3排圓柱滾子組合軸承等回轉(zhuǎn)支承可同時(shí)承受軸向力、徑向力、傾翻力矩，多有安裝潤(rùn)滑及密封裝置，能使主機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)方便，便于制造、安裝與保養(yǎng)，因此近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用鋼包旋轉(zhuǎn)塔是現(xiàn)代板坯連鑄中應(yīng)用最普遍的鋼包運(yùn)載設(shè)備，對(duì)安全性和可靠性要求極高；回轉(zhuǎn)支承是其關(guān)鍵重載部件，一旦發(fā)生故障會(huì)妨礙連鑄的正常生產(chǎn)某煉鋼廠鋼包旋轉(zhuǎn)塔上的大型回轉(zhuǎn)支承型式為3排滾柱式特大型回轉(zhuǎn)支承(圖1-1)，其中座圈是帶齒且同時(shí)帶3個(gè)滾道的一體件，軸圈分離為上下軸圈；垂直分布的1排滾子承受徑向力，上下2排滾子承受軸向力和傾覆力矩圖1-1 某煉鋼廠鋼包旋轉(zhuǎn)

21、塔上的大型回轉(zhuǎn)支承型式1這類回轉(zhuǎn)支承價(jià)格昂貴、更換周期長(zhǎng)，因此如何準(zhǔn)確評(píng)估其使用狀態(tài)和預(yù)測(cè)其剩余壽命具有重要的應(yīng)用價(jià)值2。我國(guó)生產(chǎn)回轉(zhuǎn)支承的歷史并不長(zhǎng)，徐州回轉(zhuǎn)支承廠和洛陽(yáng)回轉(zhuǎn)支承廠等都是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)回轉(zhuǎn)支承的老牌廠家，其生產(chǎn)工藝和技術(shù)質(zhì)量也代表著國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。以徐州回轉(zhuǎn)支承廠發(fā)展進(jìn)程來(lái)說(shuō)，其生產(chǎn)歷史要追溯到1978年，同年開始專業(yè)生產(chǎn)回轉(zhuǎn)支承產(chǎn)品，這也標(biāo)志著我國(guó)機(jī)械零部件行業(yè)中又新產(chǎn)生了新的行業(yè)回轉(zhuǎn)支承行業(yè)。1981年該廠引進(jìn)德國(guó)HRE公司回轉(zhuǎn)支承專有制造技術(shù)首次把國(guó)外先進(jìn)的回轉(zhuǎn)支承設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)全面系統(tǒng)性地帶進(jìn)國(guó)內(nèi)。1984年，用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)支承產(chǎn)品通過德國(guó)本土試驗(yàn)認(rèn)證，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)

22、技術(shù)質(zhì)量與國(guó)際接軌。同年與天津工程機(jī)械研究所一起制定了JB2300 84回轉(zhuǎn)支承型式、基本參數(shù)和技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)，這是JB2300的首發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。1985年，該廠開發(fā)出國(guó)內(nèi)第一個(gè)回轉(zhuǎn)支承CAD設(shè)計(jì)軟件，并參加了全國(guó)對(duì)外貿(mào)易及引進(jìn)技術(shù)成果展。1993年，研制成功國(guó)防艦炮用鑲嵌滾道式回轉(zhuǎn)支承，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。1995年，與603所共同制定了第一個(gè)CBT36891 995船用起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承標(biāo)準(zhǔn)。1998年，成功開發(fā)出國(guó)內(nèi)第一套 4600mm通過上述也可以看出國(guó)內(nèi)生產(chǎn)回轉(zhuǎn)支承的腳步也是非常迅速，工藝水平進(jìn)展也很快，但是相對(duì)于國(guó)外生產(chǎn)回轉(zhuǎn)支承的資深廠家，還是有很大的差距。國(guó)外軸承公司在中國(guó)推銷其大型回轉(zhuǎn)支承時(shí)，

23、往往會(huì)說(shuō)到他們的產(chǎn)品有三大優(yōu)點(diǎn)和一個(gè)主要缺點(diǎn)，即鋼材質(zhì)量更好，設(shè)計(jì)水平更高，質(zhì)量和質(zhì)量管理更強(qiáng)，價(jià)格比國(guó)產(chǎn)軸承貴。首先，從選用的鋼材質(zhì)量來(lái)看：一方面，由于國(guó)產(chǎn)鋼材與原國(guó)外支承毛坯鋼材牌號(hào)沒有完全的對(duì)號(hào)，國(guó)產(chǎn)大型回轉(zhuǎn)支承在選支承毛坯鋼材牌號(hào)時(shí)，都是采用高一號(hào)來(lái)加大安全系數(shù)，彌補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)同牌號(hào)的不足；另一方面，由于國(guó)內(nèi)鋼廠近幾年大規(guī)模技改，國(guó)產(chǎn)鋼材質(zhì)量與過去相比本身也有了很大的提高；第三，從徐州回轉(zhuǎn)支承公司為港機(jī)行業(yè)配套大型回轉(zhuǎn)支承l(wèi)8年的歷程來(lái)看還投有一個(gè)事例能說(shuō)明目前國(guó)內(nèi)大型回轉(zhuǎn)支承因鋼材制造的系統(tǒng)質(zhì)量問題而導(dǎo)致了比進(jìn)口大型回轉(zhuǎn)支承壽命低。其次，從設(shè)計(jì)水平上看：徐州回轉(zhuǎn)支承公司目前本身采用的設(shè)計(jì)

24、理論就是來(lái)自于國(guó)外先進(jìn)回轉(zhuǎn)支承制造企業(yè)，同時(shí)考慮到近五年科技的發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論的進(jìn)步速度遠(yuǎn)沒有像IT產(chǎn)業(yè)那樣神速，從目前國(guó)外進(jìn)口港機(jī)在中國(guó)已無(wú)立足之地也能說(shuō)明這一點(diǎn)。第三，從質(zhì)量和質(zhì)量管理來(lái)看：質(zhì)量和質(zhì)量管理是不能完全等同的，這要分兩個(gè)層面來(lái)講 從質(zhì)量管理水平來(lái)看，我們與國(guó)外存在差距的差距主要體現(xiàn)在同型號(hào)大批量生產(chǎn)時(shí)不能保證同一質(zhì)量水平，從質(zhì)量來(lái)看，由于大型回轉(zhuǎn)支承都是單件生產(chǎn)，正好適合我們組織生產(chǎn)管理習(xí)慣，這個(gè)差距在大型回轉(zhuǎn)支承的可靠性和使用壽命上并不能體現(xiàn)出來(lái)。如果說(shuō)存在差距，那是在圖紙的完全符合性上。即縮小在質(zhì)量和質(zhì)量管理上的差距。第四，從價(jià)格來(lái)看，差距是巨大的3。國(guó)內(nèi)很多生產(chǎn)回轉(zhuǎn)支承的

25、廠家或應(yīng)用回轉(zhuǎn)支承較多如港口，風(fēng)電站，工程機(jī)械等一些相關(guān)人員對(duì)此做了很多的研究與測(cè)試。如徐大偉，俞志江等人對(duì)應(yīng)用于港口工程機(jī)械中的回轉(zhuǎn)支承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和提高其安裝可靠性反復(fù)做了實(shí)驗(yàn)4。王興東，孔建益，劉源洞，黃坤平等人論述了超聲波位移傳感器測(cè)距的基本原理及其在大型回轉(zhuǎn)支承運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。針對(duì)回轉(zhuǎn)支承運(yùn)行特點(diǎn)。利用超聲波傳感器對(duì)其軸向位移進(jìn)行了測(cè)量。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理得到了回轉(zhuǎn)支承的動(dòng)態(tài)軸向磨損量，為評(píng)估其運(yùn)行狀態(tài)提供了定量的依據(jù)。超聲波測(cè)距原理：超聲波位移傳感器利用了超聲波在兩種介質(zhì)分界面上的反射特性，如果從發(fā)射超聲脈沖到接收到發(fā)射波為止的時(shí)間間隔已知，就可以求出分界面的位置，從而測(cè)

26、量物位。超聲測(cè)距是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。普通超聲波傳感器主要包括：超聲換能器、處理單元和輸出級(jí)，如圖1-2所示5。圖1-2 超聲波傳感器基本工作原理由于回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行故障檢測(cè)需要較高采樣頻率和大容量存儲(chǔ)的信號(hào)檢測(cè)儀，而一般的信號(hào)采集儀無(wú)法同時(shí)滿足兩種需求為此袁泉,宓為建等人對(duì)回轉(zhuǎn)支承故障檢測(cè)儀若干關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)做了分析研究，介紹了一種能滿足這兩種需求的故障檢測(cè)儀，并分析了其實(shí)現(xiàn)的若干關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際使用說(shuō)明，該檢測(cè)儀滿足了回轉(zhuǎn)支承故障信號(hào)采集分析的需求6。武漢理工大學(xué)的肖漢斌，樊仁才，顧必沖等人運(yùn)用有限元分析軟件對(duì)工作狀態(tài)下雙排異徑球型回轉(zhuǎn)支承發(fā)生故障前后的外圈應(yīng)力分

27、布及其表面應(yīng)力變化的規(guī)律進(jìn)行分析，他們認(rèn)為基于對(duì)計(jì)算結(jié)果的數(shù)值分析提出回轉(zhuǎn)支承局部損傷類故障可以通過監(jiān)測(cè)回轉(zhuǎn)支承外圈表面應(yīng)力的變化來(lái)診斷7。侯 寧，梅邦明在2002年3月出版的建筑機(jī)械中發(fā)表了回轉(zhuǎn)支承產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)合理選型的影響一文，其針對(duì)了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)回轉(zhuǎn)支承的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于國(guó)外生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)做了簡(jiǎn)要的分析說(shuō)明8。朱渝春, 張永志等人對(duì)回轉(zhuǎn)支承的損壞現(xiàn)象和原因做了深入的描述，他們認(rèn)為在輕載工況時(shí)，回轉(zhuǎn)支承能正常工作，自如地旋轉(zhuǎn)。但在重載時(shí)，尤其是在最大起重量及最大幅度時(shí)，重物回轉(zhuǎn)困難，甚至根本不能回轉(zhuǎn)以致卡死。在檢修工作中往往會(huì)發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)支承滾道已嚴(yán)重?fù)p壞， 內(nèi)座圈兩側(cè)和作業(yè)區(qū)前方下滾道產(chǎn)生沿滾道方向的環(huán)形裂紋

28、，處座圈上滾道受力最大區(qū)域發(fā)生壓陷，并在整個(gè)壓陷區(qū)產(chǎn)生徑向龜裂，其損壞狀態(tài)如圖1-3所示9。圖1-3 滾道損壞狀態(tài)圖與上述國(guó)內(nèi)研究回轉(zhuǎn)支承的現(xiàn)狀比較看來(lái)，國(guó)外在此領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)要明顯許多，譬如一些生產(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(dú)有的一套回轉(zhuǎn)支承的測(cè)試系統(tǒng)和生產(chǎn)規(guī)格參數(shù)用來(lái)生產(chǎn)高品質(zhì)的回轉(zhuǎn)支承。德國(guó)羅特艾德公司開發(fā)了一套Integrate Wear Measuring Device,簡(jiǎn)稱（IWM）的系統(tǒng)裝置，針對(duì)于回轉(zhuǎn)支承的各種狀態(tài)的檢測(cè)研究，并且達(dá)到了相當(dāng)高的精度水平10。1.3 本人的任務(wù)本課題是針對(duì)某回轉(zhuǎn)支承廠的部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)一套試

29、驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)包括機(jī)械、液壓和測(cè)試三部分，本人的任務(wù)是設(shè)計(jì)其測(cè)試系統(tǒng)，包括測(cè)試方案、硬件選型以及利用相關(guān)軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集軟件，并進(jìn)行模擬測(cè)試過程。主要任務(wù)如下；實(shí)驗(yàn)臺(tái)監(jiān)測(cè)目的：（1）檢測(cè)項(xiàng)目符合回轉(zhuǎn)支承的實(shí)際工作狀態(tài)。（2）檢測(cè)項(xiàng)目反映回轉(zhuǎn)支承的加工誤差和工作性能。（3）檢測(cè)回轉(zhuǎn)支承壽命。實(shí)驗(yàn)臺(tái)監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(cè)。（2）無(wú)載荷靜態(tài)啟動(dòng)力矩測(cè)試。（3）有載荷靜態(tài)啟動(dòng)力矩測(cè)試。（4）有載動(dòng)態(tài)組力矩測(cè)試。（5）回轉(zhuǎn)支承承載（軸向力、徑向力、偏轉(zhuǎn)力矩）壽命檢測(cè)（運(yùn)轉(zhuǎn)速度可調(diào)0100轉(zhuǎn)/分）。1.4 本章小結(jié)本章介紹了回轉(zhuǎn)支承的應(yīng)用范圍，用途，以及回轉(zhuǎn)支承在工業(yè)

30、運(yùn)用中的重要性，回轉(zhuǎn)支承多用于比較大型的機(jī)械設(shè)備當(dāng)中，所以在其制造，裝配，調(diào)試，維修方面都存在著相對(duì)棘手的問題。國(guó)內(nèi)外相關(guān)工程人員針對(duì)回轉(zhuǎn)支承的上述問題都做了相關(guān)的研究，為達(dá)到生產(chǎn)出更高品質(zhì)產(chǎn)品的目的。因此，本課題很具有實(shí)際意義。第二章 設(shè)計(jì)方案論證2.1 系統(tǒng)要求分析根據(jù)某集團(tuán)公司提出的回轉(zhuǎn)支承實(shí)驗(yàn)臺(tái)具體測(cè)試系統(tǒng)的主要要求有；（1）加載裝置最大能產(chǎn)生2000KN的軸向力。（2）加載裝置最大能產(chǎn)生5000KNm的傾覆力。（3）加載裝置最大能產(chǎn)生500KN的徑向力。（4）實(shí)驗(yàn)臺(tái)在回轉(zhuǎn)支承滾道直徑在1000mm2000mm內(nèi)能適應(yīng)不同尺寸回轉(zhuǎn)支承的便捷安裝。（5）靜剛度，要求有曲線圖。（6）所有測(cè)

31、量數(shù)據(jù)可數(shù)顯，并可保存，能在微機(jī)上在線讀取。根據(jù)國(guó)內(nèi)外回轉(zhuǎn)支承廠家實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的調(diào)研，確定了以下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，見表2-1：表2-1回轉(zhuǎn)支承實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí) 驗(yàn) 項(xiàng) 目測(cè) 量 名 稱目 的1.載荷靜剛度力測(cè)量（壓力測(cè)量）得到加載過程的載荷靜剛度曲線2.無(wú)載荷啟動(dòng)力矩力矩測(cè)試無(wú)載荷時(shí)的啟動(dòng)力矩曲線3.有載荷啟動(dòng)力矩有載荷動(dòng)態(tài)力矩力矩測(cè)試有載荷時(shí)的啟動(dòng)力矩、動(dòng)態(tài)力矩測(cè)試曲線4.回轉(zhuǎn)支承承載壽命檢測(cè)（1）加速度（2）磨損量（3）潤(rùn)滑油溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，需要檢測(cè)的參數(shù)范圍如表2-2所示。表2-2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及待測(cè)參數(shù)范圍實(shí) 驗(yàn) 項(xiàng) 目測(cè) 量 名 稱傳 感 器數(shù) 量量程范圍精 度1.載荷靜剛度力測(cè)量（壓力測(cè)量）壓力傳

32、感器4035MPa0.2%FS0.2%FS2.無(wú)載荷啟動(dòng)力矩力矩測(cè)試扭矩傳感器10.5%FS3.有載荷啟動(dòng)力矩有載荷動(dòng)態(tài)力矩力矩測(cè)試扭矩傳感器10.5%FS4.回轉(zhuǎn)支承壽命檢測(cè)（1）加速度（2）磨損量（3）潤(rùn)滑脂溫度加速位移溫度41450g05-5013kHZ.2%FS2%FS2%FS測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理根據(jù)工程測(cè)試技術(shù)相關(guān)知識(shí)，可以得出，若需要對(duì)一個(gè)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)并利用計(jì)算機(jī)等相關(guān)設(shè)備對(duì)其信號(hào)進(jìn)行采集，其輸入通道的設(shè)計(jì)原理如圖2-1所示。 圖2-1 輸入通道結(jié)構(gòu)此時(shí)，采集到的信號(hào)通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行的相關(guān)軟件進(jìn)行分析處理和控制，控制輸出通道的設(shè)計(jì)原理如圖2-2所示。 圖2-2 輸出通道的結(jié)構(gòu) 傳感器

33、測(cè)試性能簡(jiǎn)析根據(jù)傳感器的工作原理可知，常見的傳感器有如下表2-3：表2-3 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(cè)力的變化，壓力的變化，加速度，位移量，壓強(qiáng)物理量等壓阻式傳感器適用于監(jiān)測(cè)加速度，壓強(qiáng)（P=70MP）壓電式傳感器適用于監(jiān)測(cè)具有動(dòng)態(tài)性能的力的變化，加速度，壓強(qiáng)等物理量光電式傳感器適用于監(jiān)測(cè)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(fù)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(lái)監(jiān)測(cè)位移量和較低的轉(zhuǎn)速電感式傳感器可監(jiān)測(cè)長(zhǎng)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)

34、電材料的測(cè)量（可以是鐵磁材料，也可以是非鐵磁材料）。電渦流傳感器主要用來(lái)測(cè)量探頭與被測(cè)物體之間靜態(tài)和動(dòng)態(tài)距離，間接測(cè)量位移量2.2.2 被測(cè)量簡(jiǎn)析在實(shí)際工程應(yīng)用中，往往是根據(jù)被測(cè)對(duì)象的測(cè)量范圍、信號(hào)的特性和安裝位置來(lái)選擇傳感器，傳感器的選型原則一般遵循表2-4中所述。表2-4 主要被測(cè)量類型及使用范圍被測(cè)量類型適 用 范 圍位移小位移（小于）：光纖傳感器等可以測(cè)量中等位移（320mm）：電感式傳感器等可以測(cè)量大位移：光柵，磁柵，激光傳感器可測(cè)量力（F）靜態(tài)力：采用應(yīng)變式傳感器動(dòng)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(diǎn)是體積中等，耐壓高）壓阻

35、式傳感器（特點(diǎn)是體積小，分辨率高，適用中等壓力）。壓電式傳感器（動(dòng)態(tài)性能好，耐高壓）電容式傳感器（體積大，分辨率高適用于中低等壓力）流量金屬轉(zhuǎn)子式（適用于垂直流體）蝸輪式（適用于水平流體）容積式溫度主要分為接觸式和非接觸式。測(cè)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(cè)設(shè)備傳感器的后續(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。如表2-5所示。表2-5 主要傳感器的后續(xù)調(diào)理電路傳感器類型調(diào)理過程應(yīng)變式傳感器直/交流電橋?yàn)V波動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀壓阻式傳感器電橋?yàn)V波A/D壓電式傳感器電荷/電壓放大器濾波A/D光電式傳感器放大，整形濾波A/D電感式傳感器交流電橋放大濾波A/

36、D熱電偶放大電路濾波A/D鉑電阻直流電橋放大濾波A/D CPU選擇測(cè)控系統(tǒng)的CPU可采用單片機(jī)，MCU（微處理器），PC機(jī)等。一般單片機(jī)和微處理器常用于測(cè)控對(duì)象少，體積小，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示要求不高的場(chǎng)合，而采用PC機(jī)作為主機(jī)的測(cè)控場(chǎng)合則可以測(cè)控?cái)?shù)據(jù)量大，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、運(yùn)算速度、后期處理、顯示要求很高。 總線方式在測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中往往需要考慮總線類型，從而選擇不同的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。根據(jù)計(jì)算機(jī)的總線類型，通?？偩€分為內(nèi)總線和外總線。如表2-6所示。表2-6 總線方式類型及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)內(nèi)總線（集中采集）傳感器信號(hào)調(diào)理I/V數(shù)據(jù)采集卡CPU外總線（分布采集）傳感器信號(hào)調(diào)理I/V下位機(jī)上位機(jī)采集方案的確定

37、在本設(shè)計(jì)中，需要測(cè)量的參數(shù)類型有壓力、溫度、位移、加速度、轉(zhuǎn)速等，而且測(cè)量的通道數(shù)也比較多，根據(jù)以上設(shè)計(jì)原理，本設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī)內(nèi)總線的采集方式，在數(shù)據(jù)采集中可以采用并行采集也可以采用串行采集的方式。見圖2-3、2-4所示?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本等因素，本課題選擇串行采集方案，這樣即節(jié)約了成本，并且，也保證了采集效果。圖2-3 并行采集方案原理圖圖2-4 串行采集方案原理圖2.4 軟件平臺(tái)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(duì)被測(cè)信號(hào)的采集與控制模塊、分析與處理模塊，以及測(cè)得結(jié)果的表達(dá)與輸出模塊。傳統(tǒng)儀器的這些功能都是以硬件（或固化的軟件）的形式存在的。將這些功能移植到計(jì)算機(jī)上完成，

38、在計(jì)算機(jī)上插上數(shù)據(jù)采集卡，然后利用虛擬儀器是一種全新的儀器概念，它是利用計(jì)算機(jī)的硬件資源（CPU、存儲(chǔ)器、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)）、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路（GPIB、RS-232接口總線、新型的VXI接口總線、信號(hào)調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路、圖像采集電路、現(xiàn)場(chǎng)總線等）以及計(jì)算機(jī)軟件資源（數(shù)據(jù)分析與表達(dá)、過程通信、圖像用戶界面等），經(jīng)過有針對(duì)性的開發(fā)測(cè)試，使之成為一套相當(dāng)于使用者自己專門設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)儀器。簡(jiǎn)單地說(shuō)，虛擬儀器技術(shù)就是用戶自定義的基于PC技術(shù)的測(cè)試和測(cè)量解決方案。相對(duì)于傳統(tǒng)儀器，它有四大優(yōu)勢(shì)：性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少、完美的集成功能。（1）性能高虛擬儀器是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)

39、成的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。隨著數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脖P功能的不斷加強(qiáng)，以及與PC總線的結(jié)合，高速數(shù)據(jù)記錄已經(jīng)較少依賴大容量的本地內(nèi)存。以一臺(tái)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(tái)示波器是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，只要將一臺(tái)基于PC的數(shù)字轉(zhuǎn)換器放置在PC機(jī)中，就能以高達(dá)每秒100MB的速度將數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤。虛擬儀器技術(shù)的另一突出優(yōu)勢(shì)就是不斷提高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分享進(jìn)入了一個(gè)全新的階段，將因特網(wǎng)和NI（National Instrument，美國(guó)國(guó)家儀器公司）的軟硬件產(chǎn)品相

40、結(jié)合，用戶就能夠輕松地與地球另一端的同事共享測(cè)量結(jié)果，分享“天涯若比鄰”的便捷。圖2-4 虛擬儀器的性能有賴于計(jì)算機(jī)的性能圖2-4很好地說(shuō)明了虛擬儀器的性能，隨著計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、圖形處理器、I/O單元以及CPU速度與性能的提高，虛擬儀器的性能會(huì)隨之提高，而這都有賴于虛擬儀器“軟件就是儀器”的概念，換言之，這種性能的提高有賴于軟件，而LabVIEW就是這種“虛擬儀器軟件”最好的開發(fā)平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境之一。（2）擴(kuò)展性強(qiáng)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。得益于虛擬儀器軟件的靈活性，只需更新用戶的計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)須軟件的升級(jí)即可改進(jìn)用戶

41、的整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，用戶可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備中來(lái)，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。圖2-5詮釋了虛擬儀器技術(shù)擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。應(yīng)用虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)（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(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)試與測(cè)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(lái)的軟件。用戶定義的儀器傳感器用戶定義的儀器傳感器和數(shù)據(jù)采集運(yùn)動(dòng)控制視覺工業(yè)自動(dòng)化測(cè)試與測(cè)量商業(yè)技術(shù)圖2-5 虛擬儀器具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性（3）開發(fā)時(shí)間少在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，虛擬儀器技術(shù)高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通信方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計(jì)這一

42、軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使用戶輕松地配置、創(chuàng)建、部署、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。（4）完美的集成虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。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(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，但是這些不同設(shè)備間的連接和集成總是耗費(fèi)大量時(shí)間，不是輕易可以完成的。NI的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，例如數(shù)據(jù)采集、視覺、運(yùn)動(dòng)和分布式I/O等，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)中，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。為了獲得最高的性能、簡(jiǎn)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

43、保持其獨(dú)立性，同時(shí)還要緊密地集成在一起。NI的結(jié)構(gòu)可以使開發(fā)者們快速地創(chuàng)建測(cè)試系統(tǒng)，并隨著要求的改變輕松地完成對(duì)系統(tǒng)的修改。得益于這一集成式的構(gòu)架帶來(lái)的好處，用戶的系統(tǒng)可以更具競(jìng)爭(zhēng)性，因?yàn)橛脩艨梢愿咝У卦O(shè)計(jì)和測(cè)試高質(zhì)量的產(chǎn)品，并將它們更快速地投入市場(chǎng)。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器特點(diǎn)的對(duì)比如表2-7所示。表2-7 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器特點(diǎn)的對(duì)比虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)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(jí)方便，通過網(wǎng)絡(luò)下載升級(jí)程序即可關(guān)鍵是硬件，升級(jí)成本較高，且升級(jí)必須上門服務(wù)價(jià)格低廉，儀器間的資源可重復(fù)利用價(jià)格昂貴，儀器間一般無(wú)法相互利用用戶可定義儀器功能只有廠

44、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(dú)立設(shè)備開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用降至最低開發(fā)與維護(hù)開銷高技術(shù)更新周期短（12年）技術(shù)更新周期長(zhǎng)（510年） LabVIEW概述美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instrument，簡(jiǎn)稱NI公司）推出的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，LabVIEW以其直觀、簡(jiǎn)便的編程方式，眾多的源碼級(jí)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，多種多樣的對(duì)分析和表達(dá)功能的支持，為用戶快捷地構(gòu)建自己在實(shí)際生產(chǎn)中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件采用LabVIEW8.2軟件編寫監(jiān)測(cè)程序。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineerin

45、g），即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境，是一種圖形化的編程語(yǔ)言語(yǔ)言。和Visual Basic、Visual C+、Delphi、Perl等基于文本型程序代碼的編程語(yǔ)言不同，LabVIEW采用圖形模式的結(jié)構(gòu)框圖構(gòu)建程序代碼，因而，在使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是用圖標(biāo)、連線構(gòu)成的流程圖。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(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)用戶構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。LabVIEW是一個(gè)工業(yè)標(biāo)

46、準(zhǔn)的圖形化開發(fā)環(huán)境，它結(jié)合了圖形化編程方式的高性能與靈活性以及專為測(cè)試、測(cè)量與自動(dòng)化控制應(yīng)用設(shè)計(jì)的高端性能與配置功能，能為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示等各種應(yīng)用提供必要的開發(fā)工具，因此，LabVIEW通過降低應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間與項(xiàng)目籌建成本幫助科學(xué)家與工程師們提高工作效率。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(yùn)輸、高校實(shí)驗(yàn)室、電信、生物醫(yī)藥與電子等。無(wú)論在哪個(gè)行業(yè)，工程師與科學(xué)家們都可以使用LabVIEW創(chuàng)建功能強(qiáng)大的測(cè)試、測(cè)量與自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在產(chǎn)品開發(fā)中進(jìn)行快速原型創(chuàng)建與仿真工作。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，工程師們也可以利用LabVIEW進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試，監(jiān)控

47、各個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程?？傊琇abVIEW可用于各行各業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的階段?？梢灶A(yù)見，由于LabVIEW具有其他語(yǔ)言無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)新的革命11。本章小結(jié)本章對(duì)課題要求做了闡述，同時(shí)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理進(jìn)行了大致分析，一個(gè)完整的測(cè)試系統(tǒng)需要具備的元素在本章都有提及，并圍繞這些做了一定解析，給測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)思做了鋪墊，并提供了一定的技術(shù)支持和選型參考，方便了后續(xù)工作的展開和進(jìn)行，確定了采集的方案。最后，詳細(xì)說(shuō)明虛擬儀器相對(duì)于傳統(tǒng)儀器的優(yōu)勢(shì)和今后的發(fā)展趨勢(shì)，介紹了LabVIEW軟件的用途和優(yōu)越性，決定使用LabVIEW軟件作為對(duì)回轉(zhuǎn)支持實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的

48、平臺(tái)。第三章 硬件設(shè)計(jì)考慮到回轉(zhuǎn)支承實(shí)驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)操作的可行性，使其監(jiān)測(cè)達(dá)到理想化，方便簡(jiǎn)易化。確定選擇以下對(duì)根據(jù)各待測(cè)參數(shù)所需傳感器的工作原理，安裝方式，外形體積，價(jià)格等因素進(jìn)行最優(yōu)化選擇,，并為每個(gè)待測(cè)參數(shù)提供三種傳感器的選擇方案。通過對(duì)比，以選擇其中最優(yōu)的方案。溫度傳感器的選型實(shí)驗(yàn)臺(tái)待測(cè)溫度范圍（-50100度）。確定傳感器的類型: 鉑電阻溫度傳感器，選型方案見表3-1：表3-1 溫度傳感器的選型方 案型 號(hào)廠 家規(guī) 格 參 數(shù)1STT-S 系列鉑電阻溫度傳感器北京賽億凌科技STT-S系列鉑電阻溫度傳感器適用于金屬設(shè)備表面和內(nèi)部溫度的測(cè)量，通過加長(zhǎng)螺紋，也可測(cè)量軸承和軸瓦的溫度，安裝簡(jiǎn)單方便

49、。（參數(shù)請(qǐng)見附件）2STT-B系列鉑電阻溫度傳感器北京賽億凌科技STT-B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(jī)組等大型機(jī)械設(shè)備的溫度。（參數(shù)請(qǐng)見附件）3JWB-2熱電阻深圳市科普瑞傳感儀器測(cè)溫范圍：-501允差：（0.3+0.0061t1）電流輸出：4mA-20mA電壓輸出：0V10V考慮到經(jīng)濟(jì)成本，實(shí)驗(yàn)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3-1。圖3-1 STT-S 系列鉑電阻溫度傳感器加速度傳感器的選型實(shí)驗(yàn)臺(tái)待測(cè)加速度范圍

50、（050g）。確定傳感器的類型: 壓電式加速度傳感器。選型方案見表3-2:表3-2 加速度傳感器的選型方 案型 號(hào)廠 家規(guī) 格 參 數(shù)1LC0405壓電式加速度傳感器朗斯測(cè)試技術(shù)電荷靈敏度：300pc/g4000HZ(10%)安裝諧振點(diǎn)：12KHZ安裝螺紋：M5mm用途：?jiǎn)蜗驕y(cè)振2LC0410壓電式加速度傳感器朗斯測(cè)試技術(shù)電荷靈敏度：30pc/g4000HZ(10%)安裝諧振點(diǎn)：13KHZ安裝螺紋：M5mm用途：三向測(cè)振3LC0412壓電式加速度傳感器朗斯測(cè)試技術(shù)電荷靈敏度：100pc/g7000HZ(10%)安裝諧振點(diǎn)：21KHZ安裝螺紋：3-M4用途：高溫，長(zhǎng)期振動(dòng)監(jiān)測(cè)考慮到經(jīng)濟(jì)成本，實(shí)驗(yàn)

51、要求等因素，方案1更能突出加速度傳感器安裝的方便簡(jiǎn)易性，故選擇方案1，見圖3-2。圖3-2 LC0405壓電式加速度傳感器壓力傳感器的選型由于用來(lái)測(cè)量力的傳感器價(jià)格不菲，多以本實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過監(jiān)測(cè)液壓缸的壓力間接監(jiān)測(cè)液壓設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上回轉(zhuǎn)支承所施加的力的變化。實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供加載力至少大于2000KN，因此需要液壓缸提供大于30Mpa的壓力。確定傳感器的類型: 壓電式壓力傳感器。選型方案見表3-3：表3-3 壓力傳感器的選型方 案型 號(hào)廠 家規(guī) 格 參 數(shù) 1PCM100型壓電式傳感器南京沃天恒壓供電：推薦10VDC 測(cè)量范圍：020KPa100MPa 工作溫度：-40125過載：200%FS(10MPa

52、以下)；150%FS（25MPa以上）響應(yīng)時(shí)間：50m 2STI202型壓力傳感器杭州科島微電子測(cè)量介質(zhì)：與316L不銹鋼兼容的各種液體、氣體或蒸汽量程：-0.1MPa020KPa60Mpa輸出：70 mVDC (020KPa,50 mVDC)供電恒流：1.5mVDC(典型)恒壓：10VDC(典型) 精度：0.1%FS(最小值)；0.25%FS(典型值)；0.5%FS(最大值)過載壓力： 3CYG115壓力壓力傳感器昆山雙橋傳感器測(cè)控技術(shù).適用于強(qiáng)堿性介質(zhì)之外的所有介質(zhì)的動(dòng)靜態(tài)壓力測(cè)量,有較優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性量 程：01MPa1060MPa（亦可測(cè)量最大-100KPa的負(fù)表壓）過載能力：200%或

53、最大120MPa考慮到經(jīng)濟(jì)成本，實(shí)驗(yàn)要求，和規(guī)格尺寸等因素，故選擇方案1，見圖3-3。圖3-3 PCM100壓電式傳感器位移傳感器的選型回轉(zhuǎn)支承磨損位移變化范圍（05mm），確定傳感器的類型: 電感式位移傳感器，選型方案見表3-4:表3-4 位移傳感器的選型方 案型 號(hào)廠 家規(guī) 格 參 數(shù)1IAB02P型電感式位移傳感器上海普邦測(cè)量范圍：2mm檢測(cè)物體：磁性金屬（非磁性金屬檢測(cè)距離下降）差動(dòng)距離：檢測(cè)物體的%10以下輸出電流：小于150mA，供電電源：DC10V30V102W-D位移傳感器合肥高創(chuàng)傳感器量程：精度等級(jí)：0.5% 0.3% 0.2% 0.1% 0.05% 0.03%輸出：05V、

54、420mA等動(dòng)態(tài)頻率：0200Hz3模擬型磁致伸縮位移傳感器北京航天金泰星測(cè)試技術(shù)測(cè)量范圍：50mm5000mm非線性：0.05FS；分辨率：150m輸出模式：05V，010V，420mA，供電電源：24V.DC10功耗：50mA考慮到經(jīng)濟(jì)成本，規(guī)格尺寸，設(shè)備的環(huán)保，故選擇方案2，見圖3-4。圖3-4 W-D位移傳感器3.1.5扭矩傳感器的選型根據(jù)安裝在電機(jī)上的扭矩傳感器可測(cè)量電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承啟動(dòng)時(shí)的扭矩和回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速，回轉(zhuǎn)支承在運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速范圍大概為（0-100轉(zhuǎn)/分）。確定傳感器的類型: 扭矩傳感器，量程030000N.m，選型方案見表3-5：表3-5 扭矩傳感器的選型方 案型 號(hào)廠

55、 家規(guī) 格 參 數(shù)1BH扭矩/轉(zhuǎn)速傳感器北京標(biāo)航傳媒技術(shù)測(cè)量范圍： 010000Nm額定電壓：24VDC過載量：100%使用溫度：060 信號(hào)輸出：105KHz(4-20mA，1-5V)2TQ-660型扭矩傳感器北京世通科創(chuàng)技術(shù)測(cè)量范圍：06萬(wàn)（Nm）輸出信號(hào)：5-15KHz，4-20mA，1-5V工作轉(zhuǎn)速：0-30000轉(zhuǎn)/分（任意轉(zhuǎn)速可選）最大負(fù)載：量程的1.2倍3TQ-661型扭矩傳感器北京世通科創(chuàng)技術(shù)測(cè)量范圍: 06萬(wàn)（Nm）輸出信號(hào)： 4-20mA供電電壓：24VDC由于電機(jī)上的安裝條件，以及其規(guī)格尺寸，選擇方案2，見圖3-5。圖3-5 TQ-660型扭矩傳感器選型方案見表3-6:表

56、3-6 數(shù)據(jù)采集設(shè)備選型方 案型 號(hào)廠 家規(guī) 格 參 數(shù)1ISO-AD32H/L型數(shù)據(jù)采集模板英德斯科技通道數(shù)：32單端/ 16差分分辨率12 位轉(zhuǎn)換速率：200KS/s (最大)精度：讀數(shù)的0.01% ；1 bit零漂：全量程最大25ppm/2PISO-813 數(shù)據(jù)采集卡英德斯科技通道數(shù)：32通道單端分辨率：12位轉(zhuǎn)換速率：10KS/s(最大) 精確度：0.01%，1bit 3DAQ-2214 數(shù)據(jù)采集卡北京萬(wàn)控科技PCI 16通道轉(zhuǎn)換速率250K/s 32位PCI總線，即插即用 16個(gè)單端以及8個(gè)差動(dòng)模擬量輸入通道 16位AD分辨率，采樣頻率可達(dá)250K 雙極性/單極性模擬量輸入 模擬/數(shù)

57、字觸發(fā) 由于采集信號(hào)的種類較多，需要通道數(shù)為32的數(shù)據(jù)采集卡，故選擇方案1更為理想，見圖3-6。圖3-6 ISO-AD32H/L型數(shù)據(jù)采集模板工控機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，英文簡(jiǎn)稱IPC。本課選擇了原裝集成的類型，詳細(xì)見表3-7:表3-7 工控機(jī)選型方 案型 號(hào)廠 家規(guī) 格 參 數(shù)1IPC-610HP4級(jí)原裝工控機(jī)研華科技CPU：INTELP4 內(nèi)存：DDR256M、DDR512、DDR1G可選裝 驅(qū)動(dòng)器：支持3個(gè)5.25英寸驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)3.5英寸軟驅(qū)、硬盤容量可選 接口：2個(gè)串口、1個(gè)并口、2個(gè)前置USB接口、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤鼠標(biāo)接口，帶有兩個(gè)高CFM風(fēng)扇的先進(jìn)冷卻系統(tǒng)能夠提供充足的氣流來(lái)冷卻系統(tǒng)的主要部

58、件。前端接線的USB和PS/2鍵盤I/O接口可以連接各種外部設(shè)備，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、備份和輸入。圖3-7 研華IPC-610HP4級(jí)原裝工控機(jī)3.4 實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖3-8 回轉(zhuǎn)支承實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖3-8是回轉(zhuǎn)支承實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其設(shè)備布局和硬件結(jié)構(gòu)基本滿足項(xiàng)目要求，其中液壓缸2與液壓缸4最大能提供實(shí)驗(yàn)臺(tái)加載產(chǎn)生5000KNm的傾覆力，液壓缸1最大能提供實(shí)驗(yàn)臺(tái)加載產(chǎn)生500KN的徑向力，而液壓缸3最大能提供實(shí)驗(yàn)臺(tái)加載產(chǎn)生2000KN的軸向力。連接著減速器和齒輪的電機(jī)使回轉(zhuǎn)支承能夠啟動(dòng)和保持著一定的轉(zhuǎn)速，實(shí)驗(yàn)臺(tái)下方安裝著標(biāo)準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)支承與待測(cè)回轉(zhuǎn)支承在監(jiān)測(cè)中轉(zhuǎn)動(dòng)方向始終相反，目的是保持實(shí)驗(yàn)臺(tái)的固定

59、。3.5傳感器布置圖3-9溫度及加速度傳感器布置圖圖3-10 壓力，位移，扭矩傳感器布置圖3.6 數(shù)據(jù)采集接線圖見圖3-11。3.7本章小結(jié)本章對(duì)該實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件部分做了詳細(xì)的介紹，利用了互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)博大的信息庫(kù)，從傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，工控機(jī)的選型到傳感器在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的布置，以及對(duì)傳感器與整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的接線圖做了深入的調(diào)研，硬件部分是本課題所涉及不多的一部分，以上信息雖作為參考，但是具有一定的實(shí)際意義。同時(shí)，也為監(jiān)測(cè)軟件的編寫提供了依據(jù)。圖3-11 數(shù)據(jù)采集接線圖第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件功能分析根據(jù)項(xiàng)目要求，本系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)軟件應(yīng)具有以下功能：1監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：（1）回轉(zhuǎn)支承在懸臂承載狀態(tài)下，載荷靜剛度曲線

60、檢測(cè)。（2）無(wú)載荷靜態(tài)啟動(dòng)力矩測(cè)試。（3）有載荷靜態(tài)啟動(dòng)力矩測(cè)試。（4）有載動(dòng)態(tài)組力矩測(cè)試。（5）回轉(zhuǎn)支承承載（軸向力、徑向力、偏轉(zhuǎn)力矩）壽命檢測(cè)（運(yùn)轉(zhuǎn)速度可調(diào)0100轉(zhuǎn)/分）：2需開發(fā)的軟件功能：（1）數(shù)據(jù)可采集，保存，可調(diào)用已有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。（2）編程合理，界面形象，使用方便。（3）所有測(cè)量數(shù)據(jù)可數(shù)顯，并可保存，能在計(jì)算機(jī)上讀取。4.2 程序編制過程簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW8.2版本在以往版本的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)?？偟恼f(shuō)來(lái)，該版本相對(duì)來(lái)說(shuō)是一款編制程序較為容易的軟件。針對(duì)課題項(xiàng)目要求，程序要求具有顯示信號(hào)波形，保存，報(bào)警，及調(diào)用已有數(shù)據(jù)等功能，這就要求編程者學(xué)習(xí)一定的LabVIEW編程知識(shí)來(lái)完成。.