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应变式传动轴功率测试系统设计与研究

作　者: 马龙龙
导　师: 孙运强
学　校: 中北大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 轴功率弯矩扭振应变片 L9C2129 μC/OS-Ⅱ
分类号: TK315
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

传动轴功率的测试研究主要是针对运载工具中动力传动系统效率开展研究的，动力传动系统是运载工具动力装置的重要组成部分，其传动轴功率参数为检验其动力能否达到设计要求提供了重要依据。因此，提高传动轴功率测量的准确度对运载工具传动系统的设计具有很大的实际意义。目前，国外国内针对传动轴功率测试研究主要是通过测量轴的扭转应变和转速两个参数，再将其换算成功率和力矩的方法而获得。转速测量技术已经比较成熟，测量精度已满足测试要求。因此，扭矩测量的精度是轴功率测试的重中之重。针对扭矩测量主要有以下三种测试方法：磁弹性型、相位差型和应变型。本文根据扭矩不同测试方法的优缺点及测试对象和测试环境的要求，选择应变型扭矩测试法，该测试法使用范围广泛、测量准确度高，而且结构简单不仅适合于静态测量而且适合于动态测量。由于传动轴不仅存在扭矩，还存在由弯矩、扭振引起的附加扭矩，运用应变式扭矩测试时，这些因素对扭矩测试的准确度造成了很大的影响。因此，本文首先从扭矩测试理论出发，然后在分析传动传动轴的弯矩、扭振产生机理的基础上，开发研制了一种结构简单、可靠性高的传动轴功率测试系统。本文首先根据应变式扭矩测试原理，完成了应变片的粘贴、组桥、防护，设计了扭矩信号调理电路，然后根据系统测试要求完成设计了转速测量电路、A/D电路、LPC2129控制电路、数据传输电路，并实现了PCB的设计。最后通过移植μC/OS-Ⅱ操作系统，完成系统相关程序的编写。文章最后对传动轴弯矩、扭振进行理论分析，经由扭矩实验台架实验和扭振实验台架实验论证，提出了消除其对扭矩测量影响的措施。完成了测试系统的静态标定并给出系统的测量误差。本文研究的传动轴功率测试系统经过实验室测试，证明了系统的可行性和正确性

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1. 绪论  10-17
  1.1 引言  10-11
  1.2 轴功率测试的国内外研究现状  11-16
    1.2.1 振弦式轴功率测试法  11
    1.2.2 应变式轴功率测试法  11-13
    1.2.3 光电式轴功率测试法  13-14
    1.2.4 磁电式轴功率测试法  14
    1.2.5 压磁式（磁致伸缩式）轴功率测试法  14-15
    1.2.6 轴功率测试技术评述  15-16
  1.3 本课题主要研究内容  16-17
2. 轴功率测试基本原理和总体方案  17-23
  2.1 引言  17
  2.2 传动轴功率的计算  17
  2.3 应变式测试轴功率的基本原理  17-20
    2.3.1 应变效应和压阻效应  17-19
    2.3.2 扭矩测量原理  19-20
  2.4 转速的测量  20-21
  2.5 系统组成与原理  21-22
    2.5.1 各部分功能介绍  21-22
    2.5.2 方案论证  22
  2.6 本章小结  22-23
3 扭矩传感器设计  23-32
  3.1 引言  23
  3.2 应变片的选型及粘贴技术  23-27
    3.2.1 应变片的选型  23-25
    3.2.2 应变片的粘贴技术及防护  25-27
  3.3 应变测量桥路  27-30
  3.4 扭矩信号传输部分  30-31
  3.5 本章小结  31-32
4. 应变式轴功率测试仪电路设计  32-46
  4.1 引言  32
  4.2 应变信号的获取和调理电路  32-36
    4.2.1 电桥电路的选用  32
    4.2.2 桥路调零  32-33
    4.2.3 信号调理电路  33-35
    4.2.4 A/D 转换电路  35-36
  4.3 转速测量电路  36-37
  4.4 电源电路设计  37-38
  4.5 LPC2129电路设计  38-44
    4.5.1 复位电路  38-39
    4.5.2 铁电存储器电路  39-42
    4.5.3 无线模块电路  42-43
    4.5.4 JTAG接口电路  43-44
  4.6 PCB设计  44-45
  4.7 本章小结  45-46
5. 应变式轴功率测试仪软件设计  46-57
  5.1 引言  46
  5.2 软件总体设计  46-49
  5.3 main函数设计  49-51
  5.4 主任务（ Main_ Task Stk）设计  51
  5.5 ADC子任务  51-52
  5.6 FM25 H_20子任务  52-53
  5.7 无线发送子任务  53-56
  5.8 本章小结  56-57
6. 轴功率测试系统误差分析及改进措施  57-72
  6.1 引言  57
  6.2 弯矩对扭矩传感器的影响  57-61
    6.2.1 纯弯矩作用时轴受力分析  57-59
    6.2.2 弯矩、扭矩组合应力分析  59-60
    6.2.3 改进措施  60-61
  6.3 扭振对扭矩传感器的影响  61-69
    6.3.1 传动动力传动系统振动分析  62-64
    6.3.2 传动传动轴扭振影响分析及实验验证  64-68
    6.3.3 改进措施  68-69
  6.4 实验数据处理和传感器标定  69-71
    6.4.1 应变式扭矩传感器的静态特性  69-70
    6.4.2 传感器标定  70-71
  6.5 本章小结  71-72
7. 总结与展望  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的学术论文  76-77
致谢  77

应变式传动轴功率测试系统设计与研究

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