自润滑球面滑动轴承磨损深度实时检测的热误差补偿外文翻译资料

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自润滑球面滑动轴承磨损深度实时检测的热误差补偿

球面滑动轴承试验台是自润滑球面滑动轴承研究过程中必不可少的检测设备。环境温度的变化会导致轴承试验台磨损深度检测系统的热变形，进而影响磨损深度检测数据的准确性。但是，随着检测误差补偿的实现，关于球面滑动轴承试验台的研究很少。基于自制的模块化球面滑动轴承试验台，分析了造成热误差的两个主要原因，即轴承的摩擦热和环境温度的变化。计算了由轴承的摩擦热引起的热误差，并检测由于环境温度变化而引起的磨损深度检测系统的热变形。鉴于以上结果，环境温度变化是两个误差因素的主要原因。当环境温度上升到10.3℃ ，热变形约为0.01mm。另外，通过多元线性回归（MLR）和时间序列分析，建立了磨损深度检测系统热误差的综合补偿模型。与热误差检测数据相比，该综合补偿模型拟合精度更高，最大残差仅为1mu;m。提出了磨损深度检测系统热误差的综合补偿模型，为提高球面滑动轴承试验台的磨损深度实时检测精度提供了理论依据。

1.简介

自润滑球面滑动轴承是特殊的轴颈轴承，其将内圈和外圈之间的自润滑固体材料镶嵌或粘合在一起。这些轴承具有一些特殊的特性，例如免维护，紧凑的结构和低摩擦系数。因此，自润滑球面滑动轴承广泛应用于航空航天领域[ 1 ]。

在自润滑球面滑动轴承的研究过程中，轴承性能及其寿命评估是至关重要的，因为它们为分析摩擦机理，确定额定动静载荷和预测轴承寿命提供了保证。球面滑动轴承试验台是性能和寿命评估中必不可少的检测设备。同时，需要实时检测球面滑动轴承的三个性能参数（磨损深度，摩擦扭矩和摩擦温度）。特别是，磨损深度是决定自润滑球面滑动轴承的摩擦性能和寿命的最重要参数。

然而，由于各种误差因素，例如温度变化，负载变化，电磁干扰，辅助滚动轴承的磨损等，影响了球面滑动轴承试验台的实时磨损深度检测精度，评估精度球面滑动轴承的摩擦学性能降低。在上述因素中，由温度变化引起的热误差是主要因素[ 2 ]。如何减少轴承试验台的热误差对于评估自润滑球面滑动轴承很重要。

目前，热误差补偿已经在精密数控机床上得到了深入的研究[ 3 ]，但在球面滑动轴承试验台上却鲜有研究。现有研究仅建立热误差模型，而不能有效补偿热误差。Zhou [ 4 ]建立了在高温工作条件下的球面滑动轴承试验台的热误差补偿模型，但是没有验证该模型的拟合精度和适用性，也没有补偿热误差。Hu等。[ 5》基于多体运动学，建立了球面滑动轴承试验台磨损深度检测系统的综合补偿模型，并通过FEM验证了其准确性，但也没有补偿热误差。Li等。[ 6］设计了带有机械补偿装置的磨损深度检测模块，该模块可以在线补偿由于环境温度变化而引起的热误差，但在实验中仍未验证该方法的补偿效率。数控机床的相关研究可以用于热补偿方法，引入基于软件的补偿误差方法。换句话说，在热变形分析的基础上，建立了热误差的数学补偿模型，然后在控制系统中预测了热变形。最后，热误差被实时[补偿7， 8 ]。在此过程中，许多数学方法用于热误差建模，例如回归分析方法[ 9]，FEM，神经网络[ 10 ]，时间序列分析[ 11 ]，螺丝理论，模糊理论[ 12 ]，灰色理论[ 13 ]，支持向量机[ 14 ]，遗传算法[ 15 ]，蚁群算法[ 16] ]。

基于自制的模块化关节轴承试验台，计算了由关节轴承和辅助滚动轴承的摩擦热引起的热误差，并检测了环境温度变化引起的检测系统的热变形。 。根据以上实验数据，通过MLR和时间序列分析，建立了磨损深度检测系统热误差的综合补偿模型，并在实验中验证了该综合补偿模型的适用性。

2.球面滑动轴承的磨损深度检测原理

自制的自润滑关节轴承试验台由六个模块组成，分别是传动模块，液压加载模块，轴承夹具模块，磨损深度检测模块，环境模拟模块和控制模块。 [ 17 ]。轴承测试台的示意图和照片 如图1所示，磨损深度检测系统（轴承夹具模块和磨损深度检测模块的组合）的示意图如图2所示。 。在轴承夹具模块中，将关节轴承放入T型板上，测试主轴穿过轴承内圈。在磨损深度检测模块中，测量套筒的顶部固定在测试台的基座上，位移传感器的接触夹固定在测量套筒的底部，使细长杆的上端插入测量套筒中的弹簧可以通过弹力接触T型板的底部。位移传感器（测量范围为10 mm，出色的线性度为plusmn;0.075％，温度范围为-30 ℃ 至100 ℃）固定在细长杆的底部，然后将传感器的测量头压到位移传感器的接触夹上。

在磨损实验中，球面滑动轴承的磨损导致T型板沿 Z 轴向下移动，而向下位移是球面滑动轴承的磨损深度。同时，细长杆与T型板一起沿 Z 轴向下移动，固定在细长杆上的位移传感器沿Z 轴下降， 并逐渐使位移传感器的接触夹保持一定距离（有一个预压缩位移传感器和位移传感器的接触夹之间的最大距离），此时位移传感器检测到关节轴承的磨损深度。

3.磨损深度检测系统的热误差验证

在球面滑动轴承的磨损实验中，产生热误差的主要原因有两个，包括环境温度变化引起的磨损深度检测系统的热变形和轴承的摩擦热引起的热变形（球面滑动轴承和辅助滚动轴承）。下面，计算由摩擦热引起的热变形，并在实验中检测由环境温度变化引起的热变形。

3.1轴承摩擦热的影响

在低速振荡和重载运行条件下（测试载荷为250 MPa，振荡频率为0.2 Hz，振荡角为plusmn;25°），摩擦摩擦热的热变形计算了球面滑动轴承和辅助滚动轴承的摩擦热的温升。

3.1.1试验球面滑动轴承的效果

如图2所示 ，在磨损实验过程中，测试主轴带动球面滑动轴承的内圈振动，并且测试载荷相应地作用在轴承的顶部。然后，球面滑动轴承的顶部产生摩擦热，然后球面滑动轴承的摩擦热主要通过热传导传导到T型板中，并导致T型板的热膨胀。在以前的研究中，自润滑球面滑动轴承在低速振荡和重载的工作条件下往复振荡32000次，轴承外圈的温度上升了大约7 ℃ [ 18 ]。轴承外圈的温度变化曲线如图 图3。

如图3所示， 在实验过程中，关节轴承的外圈温度从室温22 ℃逐渐升高 到29 ℃ 。而且，轴承夹具模块处于热平衡状态，外圈的温度保持在29 ℃左右。

在此阶段， 在轴承夹具模块热平衡后，通过有限元法计算出T型板沿Z轴的热变形 。首先，使用Solidworks构建T型板的三维模型，然后使用ANSYS对其进行仿真。采用实体元素186来计算热变形。表1中显示了此仿真所需的参数 。

热变形的示意图如图4所示 。当轴承夹具模块处于热平衡状态时，T型板底部沿Z 轴的最大热变形 为0.074mu;m。

3.2环境温度变化的影响

在实验中，环境温度的变化受全天温度变化和嵌入式液压站散热的影响。设计以下实验来检测磨损深度检测系统的热误差。

如在所示 图1 和 图2，轴承夹具组装的自润滑球面滑动轴承被放置在测试台的基础上，以使细长杆的顶部紧密地接触下的T型板的底部弹簧力。然后调整并固定位移传感器，以使位移传感器和位移传感器的接触夹之间有一个预压量。如果不启动传动模块，则关节轴承的内圈和外圈之间就不会发生相对运动。当打开嵌入式液压站时，没有施加载荷到球面滑动轴承。

将八个温度传感器（其序列号为1‒8）收集到磨损深度检测系统的不同温度，并粘贴在不同的位置。磨损深度检测系统上这八个温度传感器的分布图和照片如图5所示 。

同时，将收集室温的温度传感器（第9号）悬挂在测试台附近。另一个温度传感器（10号）收集了液压系统变化的温度，该传感器被固定在嵌入式液压站的底座上。总之，在关节轴承试验台上有十个温度传感器。在实验过程中，十个温度传感器的相应温度变化曲线如图6所示， 磨损深度检测系统沿Z

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