多維平臺(tái)在精密測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用

多維平臺(tái)在精密測(cè)量中的應(yīng)用報(bào)告人：江文松王中宇（教授）導(dǎo)師：研究方向：精密測(cè)試?yán)碚摱嗑S測(cè)量平臺(tái)的應(yīng)用柔性關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)汽車(chē)自動(dòng)調(diào)整臂失效檢測(cè)儀三維平臺(tái)123二維平臺(tái)圓度，圓柱度，粗糙度，輪廓，形位，直線度表面輪廓，粗糙度，輔助逆向CAD設(shè)計(jì)扭矩，壓力，位移通用/專(zhuān)用的測(cè)量?jī)x器第1頁(yè)第2頁(yè)1.1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)定義根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T

16857.2)規(guī)定，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種使用時(shí)基座固定，能產(chǎn)生至少三個(gè)線位移或角位移，通過(guò)探頭系統(tǒng)與工件的相對(duì)移動(dòng)，探測(cè)工件表面點(diǎn)三維坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)。1.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)CMM（1）懸臂結(jié)構(gòu)（2）運(yùn)動(dòng)中測(cè)量（3）測(cè)頭采點(diǎn)（4）軟件分析計(jì)算因此：材料、結(jié)構(gòu)、連接、軸承、傳動(dòng)、控制系統(tǒng)、測(cè)頭及測(cè)量軟件都影響測(cè)量機(jī)的性能。1.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作特點(diǎn)圓度，圓柱度，粗糙度，形位輪廓，直線度主機(jī)控制系統(tǒng)測(cè)量軟件1.3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成精度等級(jí):10L–10L/mm(L為量程)-6-4第3頁(yè)測(cè)量軟件:測(cè)頭的選擇和校準(zhǔn)建立坐標(biāo)系：321法測(cè)量（手/自）結(jié)果評(píng)定控制系統(tǒng):電控系統(tǒng)/氣控系統(tǒng)主機(jī):基座/橋架/測(cè)頭第4頁(yè)基座的要求：嚴(yán)格的安裝規(guī)程：嚴(yán)格的測(cè)試環(huán)境：特殊設(shè)計(jì)的地基結(jié)構(gòu)恒溫恒濕/24小時(shí)測(cè)頭的要求：橋架的要求：測(cè)頭型號(hào)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)：0.5mm——10mm測(cè)頭的材料為紅寶石橋架的結(jié)構(gòu)決定了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量方式和測(cè)量精度1.4坐標(biāo)測(cè)量機(jī)分類(lèi)活動(dòng)橋式固定橋式龍門(mén)式L型橋式水平臂式第5頁(yè)P(yáng)MM-C測(cè)量機(jī)Leitz公司產(chǎn)(1)固定橋式精度最高的測(cè)量機(jī)往往采用這種結(jié)構(gòu)形式。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，剛性很好。Y向的光柵尺和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以設(shè)置在工作臺(tái)下方中部，X向阿貝臂小。缺點(diǎn)：因?yàn)楸粶y(cè)工件放置在運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)上，降低了機(jī)器的運(yùn)動(dòng)速度，承載能力相對(duì)小一些。PMM-C測(cè)量機(jī)的主要材料：X橫梁、Y向工作臺(tái)為花崗石Z軸為陶瓷滑架等鑄鐵第6頁(yè)(2)活動(dòng)橋式Global測(cè)量機(jī)活動(dòng)橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是目前中小型測(cè)量機(jī)的主要機(jī)型。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，剛度好，開(kāi)敞性好，承載能力較強(qiáng)，工件質(zhì)量對(duì)測(cè)量機(jī)的動(dòng)態(tài)性能沒(méi)有影響。缺點(diǎn)：橋架單邊驅(qū)動(dòng)，Y向光柵尺在工作臺(tái)一側(cè)，在Y方向有較大的阿貝臂，會(huì)引起較大的阿貝誤差。GLOBAL測(cè)量機(jī)的主要材料：X橫梁、Z軸、滑架等為鋁合金Y向工作臺(tái)與導(dǎo)軌為花崗石第7頁(yè)LAMBDA測(cè)量機(jī)(3)龍門(mén)式（高架橋式）龍門(mén)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一般為中大型測(cè)量機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：減少了移動(dòng)部分質(zhì)量，有利于精度及動(dòng)態(tài)性能的提高。龍門(mén)式測(cè)量機(jī)最長(zhǎng)可到數(shù)十米，由于其剛性要比水平臂式好，因而對(duì)大尺寸而言可具有足夠的精度。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求較好的地基；立柱影響操作的開(kāi)闊性；單邊驅(qū)動(dòng)，Y向光柵尺在立柱一側(cè)，在Y方向有較大的阿貝臂，會(huì)引起較大的阿貝誤差，所以大型龍門(mén)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采用雙光柵/雙驅(qū)動(dòng)模式。第8頁(yè)(4)水平臂式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間開(kāi)闊，在Ｘ方向很長(zhǎng)，Ｚ向較高，是大型薄壁類(lèi)工件測(cè)量的理想工具,如白車(chē)身，車(chē)門(mén)等。缺點(diǎn)：水平臂變形較大，精度較底。TORO測(cè)量機(jī)TORO測(cè)量機(jī)的主要材料：X向主導(dǎo)軌、Z軸、水平臂為鋼滑架等鑄鋁第9頁(yè)(5)L型橋式ZOO3L測(cè)量機(jī)(天津大學(xué)產(chǎn))L型橋式是綜合了活動(dòng)橋式和龍門(mén)式優(yōu)缺點(diǎn)的測(cè)量機(jī)，

主要應(yīng)用于中型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：有活動(dòng)橋式的平臺(tái)及工作開(kāi)敞性，又像龍門(mén)式減少了移動(dòng)的質(zhì)量。缺點(diǎn)：要注意輔腿的熱膨脹設(shè)計(jì)，應(yīng)與主腿相近，以免影響垂直度

第10頁(yè)對(duì)測(cè)量機(jī)材料的總體要求導(dǎo)熱性好，以免外界有溫度變化（隨時(shí)間及隨空間變化）時(shí)形成構(gòu)件內(nèi)部的溫度梯度，引起變形（主要是扭曲和彎曲）；熱膨脹系數(shù)小，以免溫度變化引起過(guò)大的伸長(zhǎng)縮短；剛性好，硬度大，強(qiáng)度高，比較大的彈性模量，以免受力后有較大的變形；高的硬度及耐磨性，保證不易劃傷、磨損；較高的強(qiáng)度，不易斷裂；運(yùn)動(dòng)部分的材料要求比重小，以減小由于測(cè)量機(jī)的高速、高加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的測(cè)量機(jī)慣性力，它對(duì)精度的影響日顯重要；材料吸水率小，以免受潮變形（較差的花崗石的吸水性能，足以引起微米級(jí)的變形）；工藝性好，易于加工；成本要低。1.5坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的材料第11頁(yè)（1）測(cè)量機(jī)固定部分的材料1）剛性好、受溫度影響的變形?。ㄏＭY(jié)構(gòu)的變形只是線性，以易于軟件補(bǔ)償）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。2）中小型橋式測(cè)量機(jī)的固定部分，特別是工作臺(tái)大部件一般采用花崗巖，較小的部件采用鋁合金材料(電機(jī)支架，傳動(dòng)支架)；有時(shí)為了增加剛性采用整體結(jié)構(gòu)（例如花崗石臺(tái)面與導(dǎo)軌）3）大型龍門(mén)式測(cè)量機(jī)、水平臂測(cè)量機(jī)的固定部分，大部分采用用鋼、鑄鐵。1）鋁合金2）陶瓷及其復(fù)合材料3）鋼、鑄鐵4）花崗石（2）測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)部分的材料第12頁(yè)1.6測(cè)量機(jī)的傳動(dòng)裝置與氣浮導(dǎo)軌GLOBAL測(cè)量機(jī)：全部采用同步帶傳動(dòng)空間運(yùn)行速度：866mm/sec空間運(yùn)行加速度：4330mm/sec2摩擦傳動(dòng)(1)傳動(dòng)方式：鋼帶傳動(dòng)固定桿傳動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)由于工業(yè)生產(chǎn)中，測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度、加速度不斷提高，摩擦傳動(dòng)已基本不能滿(mǎn)足要求，它們可能在高速啟動(dòng)或停車(chē)時(shí)產(chǎn)生振蕩。目前在主傳動(dòng)中，大部分采用嚙合傳動(dòng)。如同步帶、滾珠絲杠傳動(dòng)用于中小型機(jī)傳動(dòng)；齒輪齒條傳動(dòng)用于大型機(jī)的傳動(dòng)。第13頁(yè)導(dǎo)軌的作用：是保證機(jī)器平穩(wěn)、高精度運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。（2）氣浮導(dǎo)軌三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上使用的導(dǎo)軌類(lèi)型：1）氣浮導(dǎo)軌2）直線滾珠導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)：具有無(wú)磨擦及無(wú)磨損的特性，由于勻差效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)的局部直線度及角度擺動(dòng)能較小，精度較高的測(cè)量機(jī)一般采用氣浮導(dǎo)軌。

第14頁(yè)氣浮導(dǎo)軌工作原理：氣浮導(dǎo)軌的核心是空氣軸承。利用空氣軸承小孔r1節(jié)流形成氣腔內(nèi)的高壓P0，在導(dǎo)軌和空氣軸承間形成具有一定承載能力和剛性的薄膜h。第15頁(yè)空氣軸承的性能有要求：承載能力，承載剛性（氣浮間隙每變化一微米承載能力的變化），耗氣量，抗氣振能力。對(duì)超高精度測(cè)量機(jī)，氣浮間隙及氣腔壓力的穩(wěn)定至關(guān)重要。第16頁(yè)P(yáng)MM-C的主導(dǎo)軌GLOBAL的主導(dǎo)軌其它機(jī)器的主導(dǎo)軌第17頁(yè)氣浮導(dǎo)軌的行狀：1）矩形導(dǎo)軌2）三角形導(dǎo)軌3）燕尾型導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌的橫梁導(dǎo)軌形狀三角梁橋架的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)化的穩(wěn)定性質(zhì)量比在同等高度下，較傳統(tǒng)橋架軸承分布寬43%在同等軸承分布寬度情況下，重量減輕24%，重心降低50%第18頁(yè)P(yáng)MM-C機(jī)器的氣浮導(dǎo)軌第19頁(yè)平衡機(jī)構(gòu)的作用：垂直軸測(cè)量機(jī)的Z軸或水平臂測(cè)量機(jī)的水平臂及滑架組件，由于重力作用會(huì)下掉，必須有機(jī)構(gòu)加以平衡，使它處于隨遇平衡狀態(tài)。平衡機(jī)構(gòu)的種類(lèi)：1）氣動(dòng)平衡2）重錘平衡3）用電機(jī)與高減速比的減速器來(lái)平衡。1.7測(cè)量機(jī)的平衡機(jī)構(gòu)第20頁(yè)氣動(dòng)平衡的優(yōu)點(diǎn)：重量輕，沒(méi)有大的晃動(dòng)，對(duì)測(cè)量機(jī)精度影響??；氣動(dòng)平衡的缺點(diǎn)：必須細(xì)致地設(shè)計(jì)氣動(dòng)平衡及保護(hù)機(jī)構(gòu)，平衡機(jī)構(gòu)必須靈敏，在各種狀態(tài)下迅速保持平衡，由于高加速度,啟動(dòng)和停止時(shí)氣缸中氣壓瞬時(shí)過(guò)壓和欠壓都會(huì)引起振動(dòng),因此必須用高靈敏度的精密調(diào)壓閥。開(kāi)氣→平衡氣缸通氣,Z向空氣軸承仍抱緊Z軸→空氣壓力超過(guò)平衡壓力并有一定安全值,Z向空氣軸承放開(kāi)Z軸,氣缸在平衡壓力值保持平衡;關(guān)氣或意外斷氣→壓力下降到安全值,Z向空氣軸承抱緊Z軸,氣缸在平衡壓力值時(shí)仍保持平衡→壓力下降到平衡壓力以下甚至到零,Z向空氣軸承抱緊Z軸。要防止氣缸桿與Ｚ軸導(dǎo)軌不平行對(duì)Ｚ軸運(yùn)動(dòng)的干涉。

平衡機(jī)構(gòu)的保護(hù)機(jī)構(gòu)必須保證在任何情況下，主軸不會(huì)下墜，特別是突然通氣和斷氣的時(shí)候要防止Ｚ軸或水平臂的墜落，這一般由壓力開(kāi)關(guān)、電磁閥等氣動(dòng)元件來(lái)完成。氣路系統(tǒng)必須滿(mǎn)足下述邏輯:（1）氣動(dòng)平衡第21頁(yè)重錘平衡的優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，其原理類(lèi)似滑輪，一端為主軸，一端為平衡重量，構(gòu)造可靠，除非連接鋼絲繩斷裂，一般不會(huì)出安全問(wèn)題；重錘平衡的缺點(diǎn)：加大了移動(dòng)部分重量，當(dāng)配重上升下降到不同位置時(shí)，會(huì)影響到測(cè)量機(jī)性能，特別是配重與導(dǎo)軌的間隙，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因而影響精度。(2)重錘平衡第22頁(yè)直接利用Z軸的重量來(lái)控制它的運(yùn)動(dòng),既克服氣動(dòng)平衡時(shí)啟動(dòng)和煞車(chē)中的沖擊又避免了重錘平衡的附加重量,但電機(jī)功率要加大,減速比要加大,必要時(shí)要加煞車(chē)裝置。(3)高減速比的減速器來(lái)平衡第23頁(yè)光柵是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的長(zhǎng)度基準(zhǔn)。光柵由光柵尺及讀數(shù)頭兩部分組成，光柵尺上有著均勻排列的刻線，讀數(shù)頭上有讀數(shù)光柵以及發(fā)光二極管和硅光電池。讀數(shù)頭與光柵尺分別裝在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的載體上，利用光柵尺與讀數(shù)頭間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)得到兩個(gè)載體間相對(duì)的位移。

1.8光柵光柵尺的刻線間距為40um20um為腐蝕吸收線，20um為反射線。安裝：光柵裝配在鋼的導(dǎo)軌上德國(guó)HEIDENHAIN的金屬光柵尺190/40：第24頁(yè)當(dāng)被測(cè)物體不與光柵在同一直線上時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)引起的角擺及相應(yīng)的偏置（阿貝臂），即光柵讀數(shù)和實(shí)際觸發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)不一致，造成了阿貝誤差（擺角×阿貝臂）。因此，測(cè)量機(jī)測(cè)頭處的運(yùn)動(dòng)特性決定了測(cè)量機(jī)取點(diǎn)坐標(biāo)的精度。1.9測(cè)量機(jī)測(cè)點(diǎn)誤差的產(chǎn)生根據(jù)被測(cè)工件要求的檢測(cè)精度與測(cè)量機(jī)給定的測(cè)量不確定度相對(duì)比，在一般測(cè)量中，測(cè)量不確定度應(yīng)為被測(cè)工件尺寸公差帶的1/3～1/5。對(duì)于精密測(cè)量及復(fù)雜的形位測(cè)量要求更高，為被測(cè)尺寸公差帶的1/5～1/8。尤其重要的是重復(fù)精度必須滿(mǎn)足要求，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差可以通過(guò)一定方法補(bǔ)償，而重復(fù)精度是由測(cè)量機(jī)本身決定的。好的坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)不僅要精度高，更重要的是精度能夠保持穩(wěn)定。測(cè)量機(jī)的選擇5軸掃描測(cè)頭測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)固定橋式測(cè)量機(jī)測(cè)減速箱實(shí)例1實(shí)例2第25頁(yè)2柔性關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)特征：測(cè)量精度隨著測(cè)量半徑的增大而減小快速坐標(biāo)點(diǎn)的定位6個(gè)自由度無(wú)死角測(cè)量精度：5μm-68μm之間關(guān)節(jié)臂式CMM結(jié)構(gòu)示意圖8個(gè)主要傳感器：6個(gè)自由度識(shí)別傳感器（坐標(biāo)），2個(gè)光電傳感器（測(cè)距）第26頁(yè)激光測(cè)頭2柔性關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)測(cè)量過(guò)程應(yīng)用領(lǐng)域：表面形貌測(cè)量逆向工程：汽車(chē)、軍工、航空航天實(shí)例3實(shí)例4關(guān)節(jié)臂逆向設(shè)計(jì)汽車(chē)零部件的掃描第27頁(yè)超跑無(wú)級(jí)變速器箱體逆向設(shè)計(jì)2柔性關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)掃描處理后第28頁(yè)ABS調(diào)節(jié)器的逆向設(shè)計(jì)2柔性關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)Scanworks掃描GeomagicStudio形狀處理第29頁(yè)MPV后備箱艙門(mén)的逆向設(shè)計(jì)2柔性關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)第30頁(yè)自動(dòng)調(diào)整臂失效的力學(xué)建模分析了自動(dòng)調(diào)整臂失效檢測(cè)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自動(dòng)調(diào)整臂失效的有限元分析自動(dòng)調(diào)整臂失效檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)整臂失效比對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)abcde3汽車(chē)自動(dòng)調(diào)整臂失效檢測(cè)儀第31頁(yè)3.1汽車(chē)自動(dòng)調(diào)整臂第32頁(yè)3.2研究現(xiàn)狀自動(dòng)調(diào)整臂失效研究機(jī)械產(chǎn)品失效檢測(cè)技術(shù)研究基于模型的失效檢測(cè)技術(shù)根據(jù)制動(dòng)現(xiàn)象判斷失效來(lái)源對(duì)內(nèi)部零件的有限元模態(tài)分析微弱信號(hào)故障檢測(cè)與監(jiān)測(cè)無(wú)損檢測(cè)方法：

超聲法、回彈儀法、鉆孔壓水法、沖擊反射法和孔中電視探測(cè)法等第33頁(yè)3.3失效理論對(duì)自調(diào)臂建立故障樹(shù)模型第34頁(yè)分析自調(diào)臂故障樹(shù)模型得出結(jié)論：在引起自調(diào)臂失效的所有事件中：螺旋壓縮彈簧單元失效和單向離合器單元失效是引起自調(diào)臂失效的主要原因單向離合器單元失效模型螺旋壓縮彈簧單元失效模型（HCSUnit）（OWCUnit）基于參數(shù)化模型的失效檢測(cè)方法自調(diào)臂檢測(cè)裝置參數(shù)化模型判斷失效分離力調(diào)整力矩原理：3.3失效理論第35頁(yè)（1）HCSUnit失效模型螺旋壓縮彈簧經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期受壓，往往會(huì)發(fā)生應(yīng)力松弛、塑性變形、卡牢等失效形式。為了定量分析彈簧的失效特征，根據(jù)胡克定律分析彈簧的應(yīng)力隨勁度系數(shù)變化的關(guān)系，從而判斷失效發(fā)生的臨界點(diǎn)。自調(diào)臂的分離力大小必須大于單向離合器錐齒輪的軸向力根據(jù)離合器齒輪保持嚙合狀態(tài)的條件：即：從而有3.3失效理論第36頁(yè)彈簧的最大剪切應(yīng)力有如下關(guān)系：彈簧受壓下，壓縮變形量為：彈簧在受到載荷作用下，總應(yīng)力主要由剪切力產(chǎn)生的剪切應(yīng)力和扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力組成因此，彈簧的最大壓縮變形量為：3.3失效理論第37頁(yè)螺旋壓縮彈簧對(duì)蝸桿施加的預(yù)緊力所引起的位移量以及殼體與蝸桿之間的相對(duì)微小位移量共同構(gòu)成了彈簧的預(yù)壓縮量設(shè)分離間隙值為彈簧的變形量應(yīng)大于以上兩種情況下的總壓縮量即不失效的臨界條件：一旦彈簧上述指標(biāo)不滿(mǎn)足載荷要求，彈簧將因過(guò)載產(chǎn)生塑性變形失效，彈簧的剛度系數(shù)將隨特性曲線的奇異而改變。彈簧的力特性受彈簧絲直徑、彈簧中徑、彈簧圈數(shù)及其材質(zhì)的影響測(cè)試的量3.3失效理論第38頁(yè)（2）OWCUnit失效模型單向離合器剖面圖單向離合器的爆炸圖3.3失效理論第39頁(yè)（2）OWCUnit失效模型A.正轉(zhuǎn)力矩建模矩形壓簧的簧絲為長(zhǎng)度為的方形截面，抗彎截面系數(shù)：有單向離合器在工作時(shí)，作用在矩形壓簧上的力矩可以分解為力矩M和力矩由于螺旋角很小，可以將矩形壓簧的簧絲近似的按彎曲梁計(jì)算則最大彎曲應(yīng)力：3.3失效理論第40頁(yè)矩形壓簧不失效的條件為：—矩形壓簧對(duì)應(yīng)材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度的下限值因此，單向離合器的正轉(zhuǎn)最大力矩A.正轉(zhuǎn)力矩建模（2）OWCUnit失效模型3.3失效理論第41頁(yè)B.反轉(zhuǎn)力矩建模單向離合器與蝸桿軸之間的力學(xué)模型在制動(dòng)回位過(guò)程中，單向離合器上的反轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)換為蝸桿端面齒輪上的反轉(zhuǎn)力帶動(dòng)蝸桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)分離力足夠大到克服螺旋壓縮彈簧的預(yù)緊力時(shí)，即可使單向離合器與蝸桿軸分離（2）OWCUnit失效模型3.3失效理論第42頁(yè)—模型中齒輪壓力角的兩倍角因此，反轉(zhuǎn)力矩：B.反轉(zhuǎn)力矩建模（2）OWCUnit失效模型3.3失效理論第43頁(yè)建模的理論條件：為了保證制動(dòng)回位過(guò)程中單向離合器與蝸桿軸嚙合，測(cè)試的反轉(zhuǎn)最小扭矩應(yīng)不大于理論計(jì)算值；彈性制動(dòng)過(guò)程中單向離合器能推開(kāi)蝸桿軸使二者分離，則反轉(zhuǎn)最大測(cè)試扭距應(yīng)不小于理論計(jì)算值。因此，單向離合器模型應(yīng)滿(mǎn)足如下的關(guān)系：不失效的臨界條件：測(cè)試的量（2）OWCUnit失效模型3.3失效理論第44頁(yè)（3）失效模型的有限元仿真設(shè)計(jì)c.根據(jù)自調(diào)臂的出廠數(shù)據(jù)（包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)）導(dǎo)入到ANSYSWorkbench有限元仿真參數(shù)庫(kù)中，構(gòu)建仿真環(huán)境下的自調(diào)臂結(jié)構(gòu)模型。設(shè)置ANSYSWorkbench下的自調(diào)臂各零部件之間的接觸關(guān)系、對(duì)模型劃分網(wǎng)格、設(shè)計(jì)需要計(jì)算的參數(shù)（包括Staticstructureanalysis和FatigueLifeanalysis兩大類(lèi)）。b.根據(jù)HCSUnit失效模型和OWCUnit失效模型，進(jìn)行ANSYS下的失效仿真分析a.SolidWorks與ANSYSWorkbench的無(wú)縫化對(duì)接3.3失效理論第45頁(yè)螺旋壓縮彈簧單元的疲勞壽命圖Fatiguelifeofhelicalcompressionspring（3）失效模型的有限元仿真設(shè)計(jì)3.3失效理論第46頁(yè)螺旋壓縮彈簧的壽命曲線螺旋壓縮彈簧為HCSUnit中壽命最短，最容易發(fā)生疲勞失效的零件，通過(guò)右圖可以得出，在最大載荷3800N的作用下，螺旋壓縮彈簧經(jīng)過(guò)69100次循環(huán)即會(huì)導(dǎo)致其失效，從而影響自調(diào)臂的性能分析結(jié)果：loadinghistoryofhelicalcompressionspring（3）失效模型的有限元仿真設(shè)計(jì)3.3失效理論第47頁(yè)單向離合器單元的總變形靜力圖Totaldeformationofone-wayclutch（3）失效模型的有限元仿真設(shè)計(jì)3.3失效理論第48頁(yè)單向離合器的壽命曲線loadinghistoryofone-wayclutch單向離合器在受到20-38Nm的力矩作用下，其壽命最短，矩形壓簧最易造成疲勞失效。同時(shí)，矩形壓簧受到切向剪力的作用之后，導(dǎo)致單向離合器同軸度發(fā)生巨大變化，最終會(huì)因此導(dǎo)致矩形壓簧剪斷，中斷扭矩的傳遞，導(dǎo)致自調(diào)臂功能失效。右圖可以得出結(jié)論，單向離合器在最大力矩作用下最大壽命為1×106次循環(huán)（大于國(guó)標(biāo)規(guī)定的5×105次循環(huán)）。分析結(jié)果：（3）失效模型的有限元仿真設(shè)計(jì)3.3失效理論第49頁(yè)3.4失效檢測(cè)系統(tǒng)（1）失效檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.底座2.自調(diào)臂（工件）3.試件夾具4.行程傳感器

5.薄型氣缸6.力傳感器7.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感

8.伺服平移裝置

9.扭矩伺服電機(jī)10.伺服電機(jī)11.滾軸絲杠12.減速器綜合性能測(cè)試系統(tǒng)示意圖Comprehensiveperformancetestsystem第50頁(yè)（2）失效檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)物圖與電氣圖3.4失效檢測(cè)系統(tǒng)第51頁(yè)（3）失效檢測(cè)系統(tǒng)工作過(guò)程裝夾微動(dòng)平臺(tái)測(cè)桿接近被測(cè)件測(cè)試選擇①②微動(dòng)平臺(tái)初始化4步3.4失效檢測(cè)系統(tǒng)第52頁(yè)（4）失效檢測(cè)系統(tǒng)精度設(shè)計(jì)方案失效檢測(cè)系統(tǒng)的誤差源分析測(cè)量推桿的偏斜誤差滾軸絲杠副的軸向變形誤差消除措施：增強(qiáng)安置在滾軸絲杠副兩側(cè)的定位桿的剛度、加大滾軸絲杠副的支撐裝置強(qiáng)度和減小滾軸絲杠副的長(zhǎng)度基于Radon變換的分離間隙提取技術(shù)√√減小測(cè)量推桿的偏斜誤差的措施：減小測(cè)量推桿的長(zhǎng)度，在推桿外圍安裝了防護(hù)套ba3.4失效檢測(cè)系統(tǒng)第53頁(yè)基于Radon變換的分離間隙提取技術(shù)目的：剝離大載荷下的介于0.3mm至0.8mm的分離間隙方法：多路徑線性Radon變換b（4）失效檢測(cè)系統(tǒng)精度設(shè)計(jì)方案3.4失效檢測(cè)系統(tǒng)第54頁(yè)基于Radon變換的分離間隙提取技術(shù)梯度極值法

PK多路徑線性Radon變換將TESA參考值作為真值，線性Radon變換法的計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差為0.5%，梯度極值法的計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差不小于5%。（4）失效檢測(cè)系統(tǒng)精度設(shè)計(jì)方案3.4失效檢測(cè)系統(tǒng)第55頁(yè)3.5失效檢測(cè)比對(duì)實(shí)驗(yàn)：自調(diào)功能失效測(cè)試手段：自調(diào)功能耐久性測(cè)試臺(tái)基于模型的失效檢測(cè)技術(shù)對(duì)象：自調(diào)臂目的：驗(yàn)證基于模型的失效檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確性比對(duì)性實(shí)驗(yàn)精度達(dá)到0.1%的BK-2B型力傳感器（量程9800N）和扭矩測(cè)量精度達(dá)0.3%的JN338型扭矩傳感器（量程100Nm），系統(tǒng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度為±0.01Nm第56頁(yè)表注：基于HCSUnit失效模型的理論值與測(cè)試值的對(duì)比編號(hào)剛度k分離力/N分離間隙/mm

/mm變形量/mm自調(diào)功能狀態(tài)11259200.004900.210.3900.3940.215否否21012510.004606.060.3200.3230.203否否3738120.003586.800.3000.3050.326是是4554560.004312.970.3200.3240.337是是5398419.003920.370.3100.3200.333是是6192139.002842.820.3900.4150.429是是7126062.002744.280.4100.4320.493是是878700.002548.340.4200.5120.574是否946132.502156.160.4100.4970.679是是1024901.211568.910.4300.4930.819是是1112008.701372.720.4