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1、摘要轴心轨迹是轴的一个重要的特征参量，对于轴的检测有重要的作用。轴类零件在机械中是一个很重要的部件，其精度直接影响到机械的质量、寿命和运转的情况。在当前市场竞争日益激烈的时代，只有保证产品的质量才能保证企业的发展。只有先进的制造工艺是不够的，还要有更高的检测技术。本文介绍了轴心轨迹检测的现状，轴心轨迹检测的原理和分析方法。介绍了测试仪器的发展历程，即从传统的硬件化仪器经过虚拟仪器再到今天的智能控件化虚拟仪器。根据轴心轨迹的特征采用电涡流传感器来检测，并设计了机械结构和控制电路，对轴类零件的检测有了一个新的发展。关键词： 轴心轨迹 传感器 智能全套图纸，加ABSTRACTOrbit is an
2、important axis of the characteristic parameters for the detection axis play an important role. Shaft in machinery is a very important component, the precision of a direct impact on mechanical quality of life and functioning of the situation. In the current era of increasingly competitive market, onl
3、y to ensure the quality of products can ensure the development of enterprises. Only advanced manufacturing technology is not enough, but also has a higher detection technology. This article describes the detection of core path status, orbit test of the theory and analysis. Describes the development
4、process of testing instruments, from traditional hardware-based devices through virtual machines to todays intelligent control of virtual instruments. According to the characteristics of orbits with eddy current sensors to detect and design the mechanical structure and control circuitry, the detecti
5、on of the shaft with a new development. Key words: Axis Orbit Intelligent Sensor1 绪论1.1 研究目的和意义随着经济的发展，世界贸易日益频繁，各国之间的竞争日趋激烈。这给我国的发展提供了很多的机遇，同时也带来了更大的挑战。我国的工业发展比较晚，与其他的国家有很的差距，特别是与德国、日本、美国等西方国家相比。机械制造的水平很大程度上反映了一个国家的科技水平和经济实力。当今世界的市场上更多看重的是产品的质量，因此在在机械产品的生产中产品质量的保证要得到保证，就不仅需要先进的生产技术，还要有进的质量检测手段，这样才能制
6、造出优质的产品在国内和国际上立足。我国的机械产品的质量与国外还存在很大差距，我们只能算是个制造大国却称不上是强国。提高产品质量离不开管理与科技，有了先进的技术还要拥有先进的检测技术。特别是轴类零件的检测手段急切需要提高，需要有一种高精度，高可靠性，高效率的专用自动化轴类零件检测系统。本课题研究的目的是通过对轴类零件的轴心轨迹的检测进行检测研究，从而得到轴零件的多项检测。例如轴的形位公差中的圆度、圆柱度等。使轴类零件的检测实现自动化与智能化及专业化。1.2轴心轨迹检测的意义和发展现状工业产品的自动检测技术是以物理学，电子学，自动控制，电子计算机，测量技术等原理为基础的一们综合性技术，其研究目的是
7、对工业自动化系统中各种工艺参数进行自动检查与测量。在科学实验和工业生产过程中，为了及时了解工艺过程，生产过程的情况及他们的结果，需要对被控对象特征的某些参数进行测量或检测，其目的是为了准确获得表征他们的定量信息，为生产过程的自动化及科研提供可靠的数。科学技术的发展与检测技术的发展是密切相关的，特别是新材料，新结构的传感器研制成功，以及微型机算计的广泛发展，给测试技术带来了革命性的影响，他们在检测系统的准确性，快速性和抗干扰等方面发挥了明显的作用。自从 70 年代微型机问世以来，不久就被引进电子测量和一起领域，用于检测技术中，随着单片机在体积小，性能强，价格低，速度快，用途广及通用性好等方面的发
8、展，形成了一种全新的微机化仪器，于是基于单片机的自动检测装置越来越受到人们的青睐。20 世纪 80 年代，随着计算机科学技术的发展，特别是微处理器和个人电脑的诞生，不仅能进行测量并输出测量结果，而且能对结果进行储存，提取，加工与处理。20 世纪 90 年代微机研究获得巨大成功，实现了传感器的微型化，并进而实现传感器与信号调理电路和微处理机的集成，从而产生了高度集成的只能传感器。人工智能原理及技术的发展，人工神经网络技术，专家系统，模式识别技术在检测中的用用，促进了检测智能化的进程，成为 21 世纪检测技术的发展方向。目前国内外已经建立了许多基于润滑理论之上的轴心轨迹计算方法，其中最具代表性的有
9、三种方法：汉氏（Hahn）法、荷氏（Holland）法和迁移率（Mobility）法。汉氏（Hahn）法是德国 Karlsruhe 大学H.W.Hahn 教授于1957 年提出的。其基本思路是将动载荷雷诺方程分成旋转效应和挤压两个部分，采用了统一的边界条件，分别求出油膜承载力，并矢量合成，再建立总承载力与外载静力平衡的方程求出轴心运动轨迹，该方法从数学上是严格的，但计算量很大。荷氏（Holland）法是德国Clausthal 工业大学J.Holland 教授于1959 年提出的，该方法为克服动载荷雷诺方程在数学上求通解的困难，将旋转运动和挤压运动分开，按各自的边界条件独立求解再将旋转油膜力和挤
10、压油膜力迭加而与外载平衡，从而导出轴心运动微分方程，求得轴心轨迹。迁移率（Mobility）法是美国学者Booker 于1965 年提出的，其基本思路是应用无限窄轴承理论求出油膜压力的解析解，根据油膜承载力与外载平衡求出轴心运动方程，但该方程形式非常复杂难以直接积分求解。以上方法在轴承的变形、动力学条件、油膜演变、边界条件及热平衡等方面对轴心轨迹的影响作了深入的研究，但仍存在不完善的地方，实际上轴承工作更为复杂，如零部件的刚度、载荷、导热性、热容量、进油压力及油量、加工及装配等，要准确计算轴心轨迹仍是非常困难的。因此在实际中经常利用同一平面上两只相互垂直安装地电涡流传感器对转轴振动进行测量，经
11、过处理可以得到转子的轴心轨迹。传感器的前置放大器输出信号经滤波后将交流分量输入示波器的X 轴和Y 轴或监测计算机，便可以得到转子的轴心轨迹。 1.3 轴心轨迹检测的原理轴心轨迹的检测是由两个垂直方向的电涡流传感器检测轴的表面的变化，从而产生的变化的涡流使传感器感知，生成一个模拟信号，该信号经过处理变成数字信号给计算机。计算机经过处理做出判断，并合成轴心轨迹图像。为了在径向平面，即测量平面上，完全确定轴运动，必须在这个平面上两个尽可能垂直的方向上安装两个传感器。如果振动位移S 1和S 2互相垂直，那么在测量平面上的动态位移为：22K1S(t)()tt图1.1 轴心轨迹检测框图提供了一钟轴的检测方
12、式，轴心轨迹可以提供详细的轴的信息，可以通过图像直观的表达出轴的一些形位公差，并能根据所记录的数据判断该轴是否合格。可以对轴有一个整体的判断，提高轴的检测精度，保证产品的质量。第 2 章 总体方案设计2.1 总体方案设计轴心轨迹检测仪属于机电一体化的产品，机 电 一 体 化 产 品 是 将 机 械 技术 、 电 工 电 子 技 术 、 微 电 子 技 术 、 信 息 技 术 、 传 感 器 技 术 、 接 口 技 术 、 信 号变 换 技 术 等 多 种 技 术 进 行 有 机 地 结 合 ， 并 综 合 应 用 到 实 际 的 产 品 中 。一 个 机 电 一 体 化 系 统 中 一 般 由
13、 结 构 组 成 要 素 、 动 力 组 成 要 素 、 运 动 组 成要 素 、 感 知 组 成 要 素 、 职 能 组 成 要 素 五 大 组 成 要 素 有 机 结 合 而 成 。 机 械 本 体（ 结 构 组 成 要 素 ） 是 系 统 的 所 有 功 能 要 素 的 机 械 支 持 结 构 ， 一 般 包 括 有 机 身 、框 架 、 支 撑 、 联 接 等 。 动 力 驱 动 部 分 （ 动 力 组 成 要 素 ） 依 据 系 统 控 制 要 求 ，为 系 统 提 供 能 量 和 动 力 以 使 系 统 正 常 运 行 。 测 试 传 感 部 分 （ 感 知 组 成 要 素 ）对
14、系 统 的 运 行 所 需 要 的 本 身 和 外 部 环 境 的 各 种 参 数 和 状 态 进 行 检 测 ， 并 变 成可 识 别 的 信 号 ， 传 输 给 信 息 处 理 单 元 ， 经 过 分 析 、 处 理 后 产 生 相 应 的 控 制 信息 。 控 制 及 信 息 处 理 部 分 （ 职 能 组 成 要 素 ） 将 来 之 测 试 传 感 部 分 的 信 息 及 外部 直 接 输 入 的 指 令 进 行 集 中 、 存 储 、 分 析 、 加 工 处 理 后 ， 按 照 信 息 处 理 结 果和 规 定 的 程 序 与 节 奏 发 出 相 应 的 指 令 ， 控 制 整 个
15、系 统 有 目 的 的 运 行 。 执 行 机构 （ 运 动 组 成 要 素 ） 根 据 控 制 及 信 息 处 理 部 分 发 出 的 指 令 ， 完 成 规 定 的 动 作和 功 能 。 构 成 机 电 一 体 化 系 统 的 五 大 组 成 要 素 其 内 部 及 相 互 之 间 都 必 须 遵循 结 构 耦 合 、 运 动 传 递 、 信 息 控 制 与 能 量 转 换 等 原 则 。在总体方案设计时要考虑机械系统、传感器的选择、电路的设计、控制检测部分主要是器件的选择和安装匹配等。机械系统主要是由物料流系统、能量流系统、信息流系统和机械运动系统。在机械结构方案设计时主要考虑驱动装置、
16、传动装置、执行装置和操作装置。将其合理的装配在一起，实现所需的机械功能。传感器的选择要根据所检测的物体和检测的量有关，选择合理的传感器可以很方便的解决问题。控制检测部分要选择合理的电子元器件，还要考虑各个器件的接口及具体的电路设计。方案一：机械系统的设计：选择电动机作为驱动装置，选择合适的传动装置及工件的安装方式。选用三相异步电动机作为驱动装置，选用减速器来获得一个较低的转速并且要有足够大的转矩。工件的装夹选用三级卡盘和可以移动的尾座，尾座上有顶尖来保证工件加紧及平衡。选用滑动导轨，尾座在其上滑动可以适合不同长度的工件。选用螺旋传动来带动传感器的移动，选用螺纹传动。其结构简图如图 2-1 所示。图 2-1.方案一结构简图方案二：该检测仪所需的转速很低，在电动机选择时选择低速的直流电动机，并且可以提供足够大的转矩。因为选用低速的电动机，可以获得较低的转速，所以采用联轴器直接和轴联接，直接来带动工件的运转。工件的装夹采用三级卡盘和尾座来装夹工件，选用滑动导轨实现平稳的运动。传感器的移
