本发明涉及油膜剪切传动，特别是一种基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置和方法。
背景技术：
1、液体粘性传动是利用摩擦副间的油膜剪切力传递动力，可实现无级调速，调速范围越大，节能效果越显著；能够重载启动，减小启动时对电网的冲击；具备柔性制动功能，保护传动系统；支持同步传动，传动效率可达100％。但是，由于热应力分布不均匀和摩擦片磨损程度不均匀，摩擦片容易发生翘曲变形，进而对传动稳定性、噪音产生、传递效率等产生不利影响。
2、目前，控制摩擦片翘曲变形的方法主要有两种，一是通过在摩擦片表面开设冷却油槽的方式对摩擦片进行油液冷却，在一定程度上减少了翘曲变形的发生概率，例如，在cn107339350a公开专利中，通过改变油槽的结构尺寸大幅度地提升湿式离合器的散热能力，减少摩擦片的变形量。二是通过在摩擦片外周施加力场作用缓解摩擦片的翘曲变形。例如，在公开号cn115059699a专利中，在摩擦片变形减消机构中，沿圆周方向施加磁吸力或磁斥力，减消摩擦片的翘曲变形，达到稳定传动的目的。
3、公开号cn117620277a专利中，通过分析零件铣型面受力情况，根据受力情况在铣型面铣应力槽，应力槽按复合角度型面纵向间接切削材料，分割内部应力模块，使型面内力划分为独立小复合型面，减少应力集中产生薄膜力，消除薄板类零件翘曲变形。
4、公开号cn117564295a专利中，通过三维零件的实体结构、多孔结构分别进行建模，分开设计零件各项参数，并对三维模型进行优化，根据支撑面角度阈值对支撑结构进行设计，并分别设计打印参数，使得零件可以避免翘曲变形。
5、公开号cn103823948a专利中，通过对不同条件下的翘曲高度变形量进行计算和比较来确定道面板板厚的设计，预先设计道面板的最大允许翘曲变形量，解决了混凝土道面板翘曲变形问题。
6、上述专利提出的技术方案各有优势，然而，考虑到摩擦片花键齿与主、被动鼓面接触，在实际工程应用中，由于热量分配、机械载荷或约束形式的不均匀，摩擦片各花键齿的变形微小且复杂，对传动精度及稳定性容易产生不利影响。在现有基于油膜剪切传动的精密传动技术方案中，缺乏一种针对摩擦片沿轴向、径向和周向即3d微变形进行有效控制的装置和方法。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置和方法，该基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置和方法通过在主、被动摩擦片花键齿上安装齿套，齿套内部嵌有微位移的压电陶瓷组，摩擦片花键齿上嵌有压阻传感器组，在反馈调节作用下，压电陶瓷可直接对摩擦片沿轴向、径向和周向施加直接控制，具有调节灵敏度高、微纳级位移控制，可实现摩擦片微小变形的精密调节。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
3、一种基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置，包括n个主动摩擦片微变形控制机构和m个被动摩擦片微变形控制机构。
4、主动摩擦片外周通过n个外花键齿与主动鼓花键连接。
5、被动摩擦片内侧通过m个内花键齿与被动鼓花键连接。
6、n个主动摩擦片微变形控制机构设置在n个外花键齿上，m个被动摩擦片微变形控制机构设置在m个内花键齿上。
7、每个主动摩擦片微变形控制机构和每个被动摩擦片微变形控制机构均包括齿套、压电陶瓷组、压阻传感器组和pid控制器。
8、齿套套设在外花键齿或内花键齿外周，并嵌设在对应的主动鼔或被动鼓内。
9、压电陶瓷组和压阻传感器组均与pid控制器相连接；其中，压阻传感器组能检测对应外花键齿或内花键齿的轴向、径向和周向位移变化量；压电陶瓷组能根据压阻传感器组检测的轴向、径向和周向位移变化量，施加与轴向、径向或周向位移变化方向相反的控制位移动作。
10、每个压阻传感器组均包括2个轴向位移压阻传感器、1个径向位移压阻传感器和2个周向位移压阻传感器。
11、2个轴向位移压阻传感器对称布设在同一个外花键齿或内花键齿的两个齿侧面的中部，用于检测主动摩擦片或被动摩擦片的轴向位移变化量。
12、1个径向位移压阻传感器沿径向布设在主动摩擦片或被动摩擦片的其中一个齿侧面上，且与一个外花键齿或内花键齿相对应；径向位移压阻传感器用于检测主动摩擦片或被动摩擦片的径向位移变化量。
13、2个周向位移压阻传感器沿周向布设在同一个外花键齿或内花键齿的同侧齿侧面上，用于检测主动摩擦片或被动摩擦片的周向位移变化量。
14、每个压电陶瓷组包括2个轴向控制压电陶瓷、1个径向控制压电陶瓷和2个周向控制压电陶瓷。
15、2个轴向控制压电陶瓷可根据压阻传感器组检测的轴向位移变化量，施加与轴向位移变化方向相反的控制位移动作。
16、1个径向控制压电陶瓷可根据压阻传感器组检测的径向位移变化量，施加指向主动摩擦片或被动摩擦片中心的径向控制位移动作。
17、2个周向控制压电陶瓷可根据压阻传感器组检测的周向位移变化量，施加与周向位移变化方向相反的控制位移动作。
18、外花键齿和内花键齿均具有两个齿侧面、两个齿廓曲面和一个齿顶圆面。
19、2个轴向控制压电陶瓷设置在与两个齿侧面相配合的齿套内壁面上，1个径向控制压电陶瓷设置在与齿顶圆面相配合的齿套内壁面上；2个周向控制压电陶瓷设置在两个齿廓曲面相配合的齿套内壁面上。
20、位于径向控制压电陶瓷一侧的齿套内壁面上还设置有电磁铁。
21、每个外花键齿和内花键齿的两个齿廓曲面均设置有楔形槽，楔形槽的其中一条楔形边沿主动摩擦片或被动摩擦片的径向布设；每个周向控制压电陶瓷均具有与楔形槽相配合的楔形块。
22、一种基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制方法，包括如下步骤。
23、步骤1、摩擦片位移变化量检测：通过压阻传感器组对外花键齿或内花键齿的轴向、径向和周向位移变化量进行检测，并将检测结果传递给pid控制器，具体为：
24、a、通过n个主动摩擦片微变形控制机构中的n个压阻传感器组，对主动摩擦片中的n个外花键齿的轴向、径向和周向位移变化量进行检测。
25、b、通过m个被动摩擦片微变形控制机构中的m个压阻传感器组，对被动摩擦片中的m个内花键齿的轴向、径向和周向位移变化量进行检测。
26、步骤2、摩擦片3d微变形控制：pid控制器根据压阻传感器组检测的轴向、径向和周向位移变化量，发送指令至与对应外花键齿或内花键齿相对应的压电陶瓷组，并施加与轴向、径向或周向位移变化方向相反的控制位移动作
27、步骤3、重复步骤1至步骤2，使每个外花键齿或内花键齿的轴向、径向和周向位移变化量，均在设定的允许阈值范围内。
28、步骤1中，设主动摩擦片的第i个外花键齿检测出轴向正方向z+的位移变化量d；则步骤2中，摩擦片3d微变形的控制方法，包括如下步骤：
29、步骤2-1、阈值判断：将轴向位移变化量d与设定的轴向变化量允许阈值d0进行比较，当d＞d0时，则进入步骤2-2；否则，压电陶瓷组不动作。
30、步骤2-2、确定需启动的轴向控制压电陶瓷：与主动摩擦片中第i个外花键齿相对应的两个轴向控制压电陶瓷，分别设为第i轴向正方向(z+)控制压电陶瓷和第i轴向负方向(z-)控制压电陶瓷；则需启动的压电陶瓷为第i轴向正方向(z+)控制压电陶瓷；
31、步骤2-3、确定输入电压：根据步骤1中检测的轴向位移变化量d，确定第i轴向正方向(z+)控制压电陶瓷的输入电压u(d)，具体计算公式为：
32、u(d)＝d/d33
33、式中，d33为压电陶瓷的压电常数。
34、步骤2-4、确定输出位移：根据pid算法，第i轴向正方向(z+)控制压电陶瓷将输入电压转换为对第i个外花键齿进行轴向负方向(z-)的控制位移x(d)。
35、设第i个外花键齿对应的两个轴向位移压阻传感器为两个第i轴向位移压阻传感器，并选择瞬时电阻最大的第i轴向位移压阻传感器，作为受力压阻传感器；因而，在步骤2-3中，通过判断受力压阻传感器的阻值变化，检测第i轴向正方向(z+)控制压电陶瓷的灵敏度；具体检测方法，包括如下步骤：
36、步骤2-3a、计算实际电压v,具体计算公式为：
37、
38、式中，l0是受力压阻传感器形变方向的原始长度；
39、k是受力压阻传感器的压阻系数；
40、r0是受力压阻传感器在未施加应力时的电阻值；
41、r是受力压阻传感器在施加应力时的电阻值；
42、步骤2-3b，通过比较实际电压v与输入电压u(d)，确定第i轴向正方向(z+)控制压电陶瓷的灵敏度。
43、步骤2-4中，对第i个外花键齿进行轴向负方向(z-)的控制位移x(d)计算公式为：
44、x(d)＝g(d)×u(d)
45、其中：
46、
47、式中，g(d)是pid算法中的传递函数。
48、k是第i个外花键齿对应系统增益,为待辨识未知参数。
49、ωn是第i轴向正方向(z+)控制压电陶瓷的无阻尼自然频率，为待辨识未知参数。
50、ζ是第i轴向正方向(z+)控制压电陶瓷的阻尼比，为待辨识未知参数。
51、本发明具有如下有益效果：
52、1、本发明通过在主、被动摩擦片花键齿上安装齿套，齿套内部嵌有微位移的压电陶瓷组，摩擦片花键齿上嵌有压阻传感器组，在反馈调节作用下，压电陶瓷可直接对摩擦片沿轴向、径向和周向施加直接控制，具有调节灵敏度高、微纳级位移控制，可实现摩擦片微小变形的精密调节。
53、2、本发明将摩擦片沿轴向、径向和周向三个方向即3d微变形保持在可控且精确的范围内，具有控制机构简单，控制精度高，响应速度快等优点。
54、3、pid控制器处理经压阻传感器反馈电路传递的微变形信号，可调控压电陶瓷输出微位移量。
1.一种基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置，其特征在于：包括n个主动摩擦片微变形控制机构和m个被动摩擦片微变形控制机构；
2.根据权利要求1所述的基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置，其特征在于：每个压阻传感器组均包括2个轴向位移压阻传感器、1个径向位移压阻传感器和2个周向位移压阻传感器；
3.根据权利要求1所述的基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置，其特征在于：每个压电陶瓷组包括2个轴向控制压电陶瓷、1个径向控制压电陶瓷和2个周向控制压电陶瓷；2个轴向控制压电陶瓷可根据压阻传感器组检测的轴向位移变化量，施加与轴向位移变化方向相反的控制位移动作；
4.根据权利要求3所述的基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置，其特征在于：外花键齿和内花键齿均具有两个齿侧面、两个齿廓曲面和一个齿顶圆面；
5.根据权利要求4所述的基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置，其特征在于：位于径向控制压电陶瓷一侧的齿套内壁面上还设置有电磁铁。
6.根据权利要求4所述的基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制装置，其特征在于：每个外花键齿和内花键齿的两个齿廓曲面均设置有楔形槽，楔形槽的其中一条楔形边沿主动摩擦片或被动摩擦片的径向布设；每个周向控制压电陶瓷均具有与楔形槽相配合的楔形块。
7.一种基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制方法，其特征在于：步骤1中，设主动摩擦片的第i个外花键齿检测出轴向正方向z+的位移变化量d，则步骤2中，摩擦片3d微变形的控制方法，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制方法，其特征在于：设第i个外花键齿对应的两个轴向位移压阻传感器为两个第i轴向位移压阻传感器，并选择瞬时电阻最大的第i轴向位移压阻传感器，作为受力压阻传感器；因而，在步骤2-3中，通过判断受力压阻传感器的阻值变化，检测第i轴向正方向z+控制压电陶瓷的灵敏度；具体检测方法，包括如下步骤：
10.根据权利要求8所述的基于油膜剪切传动的摩擦片3d微变形控制方法，其特征在于：步骤2-4中，对第i个外花键齿进行轴向负方向z-的控制位移x(d)计算公式为：
