萬能試驗機(jī)設(shè)計(優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計)
萬能試驗機(jī)設(shè)計(優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計),萬能,試驗,實驗,設(shè)計,優(yōu)秀,優(yōu)良,畢業(yè)設(shè)計
裝訂線XX 大 學(xué) 第1章 概述1.1 試驗機(jī)概念材料試驗機(jī)是在各種條件、環(huán)境下測定金屬材料、非金屬材料、機(jī)械零件、工程結(jié)構(gòu)等的機(jī)械性能、工藝性能、內(nèi)部缺陷和校驗旋轉(zhuǎn)零部件動態(tài)不平衡量的精密測試儀器,可以對材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞、蠕變、持久、松弛、磨損、硬度等試驗。在研究探索新材料、新工藝、新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的過程中,試驗機(jī)是一種不可缺少的重要測試儀器。廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通運輸、等工業(yè)部門以及大專院校、科研院所的相關(guān)實驗室。對有效使用材料、改進(jìn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、保證產(chǎn)品安全可靠等都具有重要作用。材料試驗機(jī)的種類很多,有多種不同的分類方法。按加荷方法分類: 靜負(fù)荷試驗機(jī)(靜態(tài))和動負(fù)荷試驗機(jī)(動態(tài))。其中靜態(tài)試驗機(jī)一個主要組成部分。萬能試驗機(jī)又可分為機(jī)械萬能試驗機(jī)、液壓萬能試驗機(jī)、電液伺服萬能試驗機(jī)和電子萬能試驗機(jī)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 國內(nèi)材料試驗機(jī)的現(xiàn)狀 我國計量檢測事業(yè)的歷史悠久,但試驗機(jī)制造行業(yè)在舊中國是空白,中華人民共和國成立后,黨和政府十分重視計量檢測技術(shù)的發(fā)展,采取了許多重要措施來發(fā)展儀器儀表工業(yè)。經(jīng)過五十多年的努力,我國萬能材料試驗機(jī)的制造,從無到有、從小到大,從單參數(shù)到多參數(shù),從靜態(tài)到動態(tài),逐步發(fā)展成初具規(guī)模,具有能生產(chǎn)靜負(fù)荷試驗機(jī)(如拉、壓萬能試驗機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)、松弛試驗機(jī)、持久強渡試驗機(jī)、蠕變試驗機(jī)、復(fù)合應(yīng)力試驗機(jī)等)和動負(fù)荷試驗機(jī)(如沖擊試驗機(jī)和疲勞試驗機(jī)等)的能力,有效地促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的發(fā)展。我國萬能材料試驗機(jī)市場已形成一定的規(guī)模,試驗機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展日趨大型化、智能化、動靜態(tài)功能復(fù)合化,有的試驗機(jī)產(chǎn)品已出口到國外,遠(yuǎn)銷到 亞洲和歐美市場,具有一定的競爭能力。圖1-1 電子萬能材料試驗機(jī)(雙柱落地式) 上圖1-1所示為電子萬能材料試驗機(jī)(雙柱落地式),它主要用于金屬、非金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)性能測試和分析研究??勺詣忧笕eH、ReL、Rp0.2、Fm、Rt0.5、Rt0.6、Rt0.65、Rt0.7、Rm、E等試驗參數(shù),并可根據(jù)GB、ISO、DIN、ASTM、JIS等國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗和提供數(shù)據(jù)。電子萬能試驗機(jī)(雙柱落地式)性能特點:電子萬能試驗機(jī)(雙柱落地式)采用高強度光杠固定在上橫梁和工作臺面,使之構(gòu)成高剛性的門式框架結(jié)構(gòu)。采用伺服電機(jī)驅(qū)動,伺服電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)帶動移動橫梁上下移動,實現(xiàn)試驗加載過程.分為單空間和雙空間兩種機(jī)型。主本機(jī)采用先進(jìn)的DSCC-1全數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制及測量,采用計算機(jī)進(jìn)行試驗過程及試驗曲線的動態(tài)顯示,并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,試驗結(jié)束后可通過圖形處理模塊對曲線放大進(jìn)行數(shù)據(jù)再分析編輯,產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。圖1-2 液壓萬能試驗機(jī) 上圖1-2所示為液壓萬能試驗機(jī)WAW-100型,它的程序采用開放的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義,符合標(biāo)準(zhǔn)GB22887、GB/T2282002、GB7314-87等試驗方法,也可恨據(jù)用戶要求定制特殊的試驗方法。測量方式采用的是高精度壓力傳感器、高精度位移傳感器、高線性低雜信的信號處理及放大模塊,人機(jī)交互方式分析計算測試材料的機(jī)械性能指標(biāo),試驗結(jié)束時自動計算彈性模量、屈服強度、非比例延伸應(yīng)力等,在自動分析的基礎(chǔ)上,還可以人工修正分析結(jié)果提高分析的準(zhǔn)確性。 液壓萬能試驗機(jī)可配置專用于材料試驗機(jī)的閉環(huán)控制和數(shù)據(jù)采集的電液控制器(可以根據(jù)客戶要求配置進(jìn)口控制器,如:DOLI),它具備強大的功能,叉兼有十分優(yōu)異的性能價格比。適用于科研單位、大專院校、質(zhì)監(jiān)部門及檢測中心進(jìn)行檢測、科研、仲裁及特殊試驗的需要。液壓萬能試驗機(jī)WAW-100型的特點:(1)控制模式:等速率活塞行程控制、等速率力控制、等速率應(yīng)力控制、等速率應(yīng)變控制、力保持控制、定應(yīng)力轉(zhuǎn)定應(yīng)變控制。(2)試驗力量程自動轉(zhuǎn)換功能:若達(dá)到容量的90%自動轉(zhuǎn)換到較大容量(3)自動夾持:采用液壓自動夾緊,夾持可靠,不打滑(4)多重保護(hù):具有軟件、硬件過載和位置保護(hù)(5)自動校準(zhǔn):負(fù)荷、變形、位移可按標(biāo)準(zhǔn)值自動校準(zhǔn)(6)自動停機(jī):實驗結(jié)束后活塞自動停止工作圖1-3 電液伺服萬能試驗機(jī) 上圖1-3所示為電液伺服萬能試驗機(jī)WAW-600L,它主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線的拉伸試驗,適用于冶金、建筑、輕工、航空、航天、材料、大專院校、科研單位等領(lǐng)域。試驗操作和數(shù)據(jù)處理符合GB/T5224-1995預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線的要求。 1.2.2 國外材料試驗機(jī)的現(xiàn)狀 產(chǎn)品詳細(xì)介紹: 下圖1-4所示為AG-IC系列立式電子萬能試驗機(jī),它是日本島津蘇州工廠組裝的最先進(jìn)的電子萬能試驗機(jī),現(xiàn)已在國內(nèi)的機(jī)械、電子、大學(xué)、研究院所等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。該系列立式電子萬能試驗機(jī)已經(jīng)取得國際CE認(rèn)證。 (1)電子萬能試驗機(jī)的特點: 1)簡便直觀的中文試驗軟件。 2)具有2.5ms采樣間隔的高速度數(shù)據(jù)采集,適合各種特性材料的測試數(shù)據(jù) 的真實性。 3)高速返回原點功能,縮短下次試驗的準(zhǔn)備時間,提高試驗效率。 4)擁有多種完善的試驗夾具,適合多種樣品的試驗要求。 (2)電子萬能試驗機(jī)的用途 1)各種金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料的拉伸試驗、壓縮、彎曲試驗 2)機(jī)械部件、電子部件的拉伸、剝離、焊接強度試驗 3)控制或循環(huán)試驗4)應(yīng)力松弛或蠕變試驗 圖1-4 電子萬能試驗機(jī)下圖1-5所示為島津液壓萬能試驗機(jī)UH-I系列,它是以電子控制液壓驅(qū)動的伺服式萬能試驗機(jī),試驗載荷采用高精度壓力傳感器,被廣泛的應(yīng)用在鋼鐵、建材等行業(yè)。 (3)島津液壓萬能試驗機(jī)的用途 1)各種金屬材料的拉伸試驗、壓縮、彎曲試驗 2)木材、纖維板的壓縮、彎曲試驗 3)上述材料的載荷保持試驗 4)瀝青、混凝土的壓縮試驗 (4)島津液壓萬能試驗機(jī)的特點 1)采用大形LCD輕觸屏,可以顯示試驗曲線,操作方便、可視性好。 2)豐富的自動控制程序為標(biāo)準(zhǔn)配置。 3)可以選擇模擬指針式度盤顯示器。 4)通過試驗軟件,實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。圖1-5 液壓萬能試驗機(jī)1.3 本論文研究內(nèi)容以往,國內(nèi)外生產(chǎn)的萬能試驗機(jī)主要包括:機(jī)械式、液壓式和電子式三種。七十年代初期又發(fā)展了電液伺服萬能試驗機(jī)。機(jī)械式萬能試驗機(jī)是應(yīng)用較久的一種萬能試驗機(jī)。其研究的具體內(nèi)容:一是明確材料試驗機(jī)的改造思路;二是硬件部分設(shè)計;三是軟件部分設(shè)計。本論文主要研究萬能材料試驗機(jī)的機(jī)械傳動部分。材料試驗機(jī)裝置包括機(jī)身、橫梁、齒輪、電動機(jī)、傳動軸、夾具等。其中機(jī)身、橫梁及支撐裝置只需滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求即可, 而齒輪、傳動軸、電動機(jī)等則是試驗機(jī)的關(guān)鍵裝置和部件。因此在設(shè)計的過程中應(yīng)盡量解決試驗機(jī)內(nèi)機(jī)構(gòu)之間的傳動,材料方面的選擇,加工精度等諸多科學(xué)問題。通過各方面的考慮以及計算設(shè)計出一款實用、精度適中、效率較高、經(jīng)濟(jì)的萬能材料試驗機(jī)的傳動部分。第2章 電子萬能試驗機(jī)傳動方案設(shè)計 本章主要描述四種萬能材料試驗機(jī)的傳動方案,以及每個方案的特點,從而在這四種方案中選取最佳的那個方案為本論文的研究方案。2.1 方案簡述 (1)方案一 :錐齒輪傳動 電動機(jī)產(chǎn)生動力后通過減速箱,再經(jīng)過渦輪蝸桿的傳動,帶動圓錐齒輪運動,由圓錐齒輪的轉(zhuǎn)動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。與此同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動上橫梁上下運動。上夾具固定在上橫梁上,而下夾具則是通過離合器與減速箱電動機(jī)連在一起產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運動,至此完成試驗。如圖2-1所示: 圖2-1 方案一示意圖 (2)方案二:鏈輪傳動電動機(jī)產(chǎn)生動力后輸出到減速器,然后進(jìn)入渦輪蝸桿傳動系統(tǒng),進(jìn)一步減速并改變運動旋轉(zhuǎn)方向后,通過鏈傳動系統(tǒng)傳遞到絲杠。由鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。與此同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動上橫梁上下運動,上夾具固定在上橫梁上,下夾具則通過離合器與減速箱電動機(jī)連在一起產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運動,至此完成試驗。如圖2-2所示:圖2-2 方案二示意圖 (3)方案三:絲杠傳動電動機(jī)產(chǎn)生動力后輸出到減速器,然后由渦輪帶動絲杠轉(zhuǎn)動。絲杠轉(zhuǎn)動同時兩個絲杠螺母同步背向或相向運動,兩個連桿同時遠(yuǎn)離或靠近。這就使下夾具所在試驗臺向上或向下運動。上面橫梁可以固定,也可以在液壓、絲杠等外力驅(qū)動下上下運動,至此完成試驗。如圖2-3所示:圖2-3 方案三示意圖 (4)方案四:液壓傳動本方案與上述三種文件有所不同,本方案是由油泵驅(qū)動油缸里的活塞提供外部試驗力。油泵輸出油經(jīng)進(jìn)油管達(dá)到液壓缸,然后經(jīng)回油管路流回回油缸再次利用。液壓系統(tǒng)帶動上橫梁上下運動。下夾具通過離合器與減速箱電動機(jī)連在一起產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運動,而上夾具則是固定在上橫梁上。此方案要求液壓系統(tǒng)要有較精確的控制閥的配合才能實現(xiàn)試驗?zāi)康?。如圖2-4所示: 圖2-4 方案四示意圖 (5)方案五:同步帶傳動電動機(jī)產(chǎn)生動力后輸出到同一級步帶減速,然后進(jìn)入二級同步帶減速,進(jìn)一步減速后,仍然通過同步帶傳動系統(tǒng)傳遞到絲杠。由同步帶輪的轉(zhuǎn)動帶動絲杠轉(zhuǎn)動。與此同時與絲杠配合的絲杠螺母則帶動中間橫梁上下運動,上夾具固定在上橫梁上,下夾具則固定在中間橫梁上,下試驗臺還安裝了三點試驗臺,在中間橫梁下移的過程中完成拉伸和壓縮試驗。如圖2-5所示:2.2 各種方案分析 各種方案的特點如下: (1)方案一1)傳動精度高,運動平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象 滾動絲杠傳動基本上是滾動摩擦,摩擦阻力小,摩擦阻力的大小幾乎與運動速度完全無關(guān),這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性,且不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象(其靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)相差極?。?)有可逆性 滾珠絲杠摩擦損失小,可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動,也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動;3)但是采用了蝸桿傳動和圓錐齒輪傳動,可以實現(xiàn)絲桿自鎖(蝸桿傳動有兩個輸出軸,并且轉(zhuǎn)向相同,所以絲桿螺紋旋向要相反,才能使絲桿螺母運 圖2-5 方案五示意圖動方向一致); 4)成本高 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高,光潔度要求也較高,故制造成本高。 (2)方案二1)傳動精度高,運動平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象 滾動絲杠傳動基本上是滾動摩擦,摩擦阻力小,摩擦阻力的大小幾乎與運動速度完全無關(guān),這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性,且不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象(其靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)相差極?。?;2)有可逆性 滾珠絲杠摩擦損失小,可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動,也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動; 3)成本高 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高,光潔度要求也較高,故制造成本高;4)不能自鎖 特別是垂直絲杠,由于自重慣性力的關(guān)系,運動部件在運動停止后不能自鎖,需加制動裝置;5)鏈傳動的制造與安裝精度要求較低,成本也低。遠(yuǎn)距離傳動時,其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便得多;6)只能實現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動;運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比;7)磨損后易發(fā)生調(diào)齒;工作時有噪聲、振動沖擊。 (3) 方案三1)絲杠水平放置利于自鎖。水平狀態(tài)下不受自重慣性力,故運動停止較為容易;2)采用渦輪驅(qū)動絲杠,由于渦輪尤其是單頭渦輪傳動效率低,傳動精確度也較差。同時渦輪一般采用較為貴重的減摩材料(如青銅)制造,從而增加了制造成本;3)工作臺有兩個連桿驅(qū)動所承受力較小。在較大試驗力時,連桿安全性降低,必須增大連桿尺寸,這就使得試驗機(jī)所需較大的外功率來驅(qū)動。 (4)方案四由于采用了液壓驅(qū)動,故有以下特點:1)液壓傳動能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速,工作平穩(wěn);同功率時液壓裝置體積小、質(zhì)量輕;2)液體為工作介質(zhì)易泄露,造成污染;油液可壓縮故傳動比不準(zhǔn)確;傳動過程中損失較大,效率較低;3)液壓傳動對油溫和負(fù)載變化極為敏感,對外部環(huán)境要求較高;4)液壓元件精度高,造價高;5)液壓傳動一旦出現(xiàn)故障時不易追查原因,不易迅速排除。 (5) 方案五1)傳動精度高,運動平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象 滾動絲杠傳動基本上是滾動摩擦,摩擦阻力小,摩擦阻力的大小幾乎與運動速度完全無關(guān),這樣就可以保證運動的平穩(wěn)性,且不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象(其靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)相差極?。?)有可逆性 滾珠絲杠摩擦損失小,可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動,也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動;3)不能自鎖 特別是垂直絲杠,由于自重慣性力的關(guān)系,運動部件在運動停止后不能自鎖,需加制動裝置; 4)成本高 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求較高,光潔度要求也較高,故制造成本高。 綜合上述四種方案的優(yōu)缺點以及目前市場上主流試驗機(jī)形式,最后決定選擇第五種方案為本設(shè)計所采取的最終方案。2.3 萬能材料試驗機(jī)傳動部分設(shè)計 傳動部分設(shè)計如下圖2-6所示:圖2-6 傳動部分設(shè)計 動力由電動機(jī)1傳出,帶輪1安裝于電機(jī)軸上,通過齒形帶3傳遞動力到帶輪2,與帶輪2同軸的帶輪4通過齒形帶5將動力傳送到下一根軸,軸上安裝的帶輪7將動力通過齒形帶8向左傳送到帶輪9,通過齒形帶10向右將動力傳送到帶輪15。帶輪9和帶輪15連接在左右兩根滾珠絲杠上,滾珠絲杠的螺母又連接了中間一塊橫梁,從而把動力從電動機(jī)傳送到中間橫梁使得中間橫梁帶動夾具體上下移動。第3章 電子萬能試驗機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計電子萬能試驗機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示:圖3-1電子萬能試驗機(jī)總體結(jié)構(gòu)3.1 主要零部件及其工作測試過程如下(1) 將材料加工成為標(biāo)準(zhǔn)試樣,準(zhǔn)備對材料的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系進(jìn)行測試。(2) 將加工好的標(biāo)準(zhǔn)試樣緊固在上夾頭10和下夾頭11之間,準(zhǔn)備進(jìn)行測試。(3) 接通電源,直流電動機(jī)1開始運轉(zhuǎn),通過齒型帶3把運動傳遞給帶輪2。(4) 帶輪2和帶輪4同軸,通過帶輪5,把運動傳給帶輪7.(5) 帶輪7通齒形帶8和6 傳遞給帶輪9和15 上。而9和15 分別帶動了滾珠絲杠14轉(zhuǎn)動。(6) 通過絲杠的轉(zhuǎn)動,把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)闄M梁13的上下運動。從而完成對試樣的測試。(7) 由壓力傳感器12測試出的大小,進(jìn)而 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,顯示出來。3.2 主機(jī)及附件的功能電子萬能試驗機(jī)具有高科技特點,其設(shè)計方法是模塊化的。它有效地利用了微計算機(jī)功能對各種附件及功能單元進(jìn)行組合管理、控制,實現(xiàn)多種功能試驗。對測量系統(tǒng),計算機(jī)可以對其進(jìn)行自動調(diào)零、自動標(biāo)定、自動換檔,從而保證了測量系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性,并大大地提高了工作效率。在控制方面,通過整機(jī)控制系統(tǒng)和傳動機(jī)構(gòu)與計算機(jī)結(jié)合,加上必要的應(yīng)用軟件,實現(xiàn)多種功能試驗的設(shè)定與控制,如常規(guī)拉伸、壓縮等。在試驗數(shù)據(jù)處理方面,可以按國家標(biāo)準(zhǔn)試驗方法,根據(jù)用戶要求以曲線形式通過打印機(jī)打出。該系統(tǒng)主要由主機(jī)、控制傳動系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)、位置保護(hù)等組成。3.2.1 主機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理 主機(jī)是負(fù)荷機(jī)架與機(jī)械傳動系統(tǒng)的結(jié)合體,在橫梁位移控制系統(tǒng)的驅(qū)動下,配合相應(yīng)的附件,可以使試樣品產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變。經(jīng)過測量數(shù)據(jù)收集,處理給出所需要的數(shù)據(jù)報告供設(shè)計使用??傊鳈C(jī)是材料力學(xué)性能試驗機(jī)測試的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電子萬能試驗機(jī)工作時,又通過LASER-500主控計算機(jī),控制功能函數(shù)的調(diào)用管理,控制,并利用主機(jī)與附件的功能搭配組合完成多種功能試驗??筛鶕?jù)具體的情況再增加必要的測量或是控制功能模塊和相應(yīng)的附件,進(jìn)而達(dá)到擴(kuò)展試驗功能的目的。主機(jī)的結(jié)構(gòu)組成主要有負(fù)荷機(jī)架,傳動系統(tǒng),夾持系統(tǒng)和位置保持系統(tǒng)。負(fù)荷機(jī)架由四個立柱支撐上橫梁與工作臺板構(gòu)成的門式框架,兩絲杠穿過動橫梁兩端。并安裝在橫梁與工作臺板之間。工作臺板由支撐腳支撐在底板上,且機(jī)械傳動減速器也固定在工作臺上。工作時,伺服電動機(jī)驅(qū)動機(jī)械傳動減速器【3】,進(jìn)而帶動絲杠傳動,驅(qū)動橫梁上下移動。試驗過程中,力在門式負(fù)荷框架內(nèi)得到平衡。 電子萬能試驗機(jī)的傳動絲杠是用帶有消除間隙結(jié)構(gòu)的滾珠絲杠【4】。螺母和絲杠的預(yù)緊度已在出廠前調(diào)好。 傳感器安裝動橫梁上,萬向連軸及拉伸夾具安裝在負(fù)荷傳感器上,另外的一只夾具安裝在工作臺板上。如果做壓縮或彎曲等試驗時,僅用動橫梁的下面夾頭及下板的試驗臺即可完成。如做拉伸試驗時,僅用上支架的夾頭與動橫梁上面的夾頭即可完成。工作時,只安裝上樣品,通主控計算機(jī)啟動動橫梁 驅(qū)動系統(tǒng)及測量系統(tǒng)即可完成全部試驗。上橫梁,動橫梁及工作臺板均采用高強技術(shù),由鋼板焊接而成,結(jié)果使其負(fù)荷機(jī)架重量輕而且剛度高。尤其以四立柱構(gòu)成的長方體力系框架,保證了整個機(jī)器運行平穩(wěn),可靠。3.2.2 控制傳動系統(tǒng)控制傳動系統(tǒng)是用于驅(qū)動試驗機(jī)中橫梁產(chǎn)生位移,進(jìn)而成為所給試樣品加荷的動力系統(tǒng)。本試驗機(jī)傳動系統(tǒng)是由數(shù)字式脈寬調(diào)制直流伺服系統(tǒng)減速裝置和傳動帶輪等組成,執(zhí)行單元采用了國產(chǎn)型號為J1102YX02A系列人永磁直流伺服電動機(jī),其特點是響應(yīng)快,力矩波動小,壽命長,可靠性高,噪音低,而且該電動機(jī)具有高轉(zhuǎn)距和良好的轉(zhuǎn)速性能,由與電動機(jī)同步的高性能光電編碼器【5】-【7】作為位置反饋元件,從而使動橫梁獲得正確而穩(wěn)定的速度。減速裝置由圓弧齒同步膠帶與帶輪構(gòu)成。減速裝置的結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)及更換齒型膠帶也很方便,圓弧齒同步帶均采用寧波同步帶總廠生產(chǎn)的各種型號的產(chǎn)品。 3.2.3 測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)包括以下三部分: (1) 負(fù)荷測量 (2) 試樣變形的測量 (3) 位移測量 3.2.4 動橫梁位移行程限位保護(hù)裝置動橫梁位移行程限位保護(hù)裝置由導(dǎo)桿,上下限位環(huán)以及限位開關(guān)組成,安裝在負(fù)荷機(jī)架上的左側(cè)前方。調(diào)整上下限位環(huán)可以預(yù)先設(shè)定動橫梁上下運動的極限位置,即保證了當(dāng)動橫梁運行到極限位置時,碰到了限位環(huán),進(jìn)而帶動了導(dǎo)桿操縱限位開關(guān)常閉觸頭切斷驅(qū)動電源。動橫梁立即停止運動。 第4章 主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 標(biāo)準(zhǔn)件的選取 4.1.1 滾珠絲杠的選擇 (1)工作壓強計算 1)螺母的軸向位移: (4-1) 式中:令該螺紋為單線螺紋。則x1由于試驗機(jī)的整體高度為2125mm,故取絲杠帶動橫梁的移動距離為800mm,又要留下一定的余量,可令螺紋長度L1100mm;設(shè)計使螺紋移動mm時,手輪轉(zhuǎn)動80圈,即rad由此可知:2)查詢滾動螺旋傳動設(shè)計基礎(chǔ),螺紋中徑應(yīng)滿足:螺紋中徑: , 其中 式中: 是螺母形式參數(shù),整體式螺母取1.2-2.5,分體式螺母取2.5-3.5,取=2pp是螺紋副許用壓強,N/mm2,可取pp =10;帶入數(shù)據(jù),有 由表可知,取 ,根據(jù)滾動螺旋傳動設(shè)計基礎(chǔ)表1-5選擇滾珠絲桿的材料為,熱處理為整淬;螺母的材料為,熱處理為淬火。3)螺母高度: 4)旋和圈數(shù): ,符合要求5)基本牙型高度:6)工作壓強:工作壓強滿足要求。7)查表得其摩擦系數(shù)f為0.080.10為了保證自鎖,螺紋升角 8)螺紋牙根部的寬度: (2) 靜載荷計算查滾動螺旋傳動設(shè)計基礎(chǔ)知基本額定靜載荷特性值K0計算公式: (4-2)式中為接觸點處鋼球和滾道表面的主要曲率式中:鋼球直徑,??;螺桿滾道曲率半徑,??;接觸角,取;滾動螺旋公稱直徑,取?;绢~定靜載荷 靜載荷條件 條件滿足,故合格。 (3)螺桿的強度計算則根據(jù)第四強度理論: 螺桿最大彎曲應(yīng)力,查表可知 故螺桿強度合格。 (4)壽命計算其計算公式為: (4-3)確定上式參數(shù)如下:1)螺母接觸系數(shù):2)螺桿接觸系數(shù):3)壽命系數(shù):4)轉(zhuǎn)速系數(shù): 5)壽命條件: 式中: 載荷系數(shù); 硬度影響系數(shù); 短行程系數(shù); F試驗機(jī)工作力,N。故滿足條件合格。采用固定式內(nèi)循環(huán)如圖4-1所示,圖4-2為滾珠絲桿副的組成圖4-1 固定式內(nèi)循環(huán)示意圖1-滾珠;2-絲桿;3-反向器;4-螺母圖4-2 滾珠絲桿副的組成接觸角:鋼球直徑:mm螺紋滾道曲率半徑: mm偏心距: mm螺紋升角: 螺桿大徑:螺桿小徑:螺桿接觸點直徑:螺桿牙頂圓角半徑:螺母螺紋大徑:螺母小徑: 4.1.2 伺服電機(jī)的選擇 (1)電動機(jī)的選擇由設(shè)計要求可知,試驗機(jī)橫梁最大設(shè)計速度為500mm/min,試驗機(jī)所施加的最大試驗力為100KN。故 式中:F試驗機(jī)輸出力,N;V絲杠速度,m/s;P有效功率。 電機(jī)功率在傳遞過程中必然有一定的損失。參閱機(jī)械設(shè)計手冊可知,絲杠與絲杠螺母間傳動效率(0.920.96,在這里取0.94)為0.94,同步帶之間傳動效率為0.98,其他聯(lián)結(jié)件傳動效率為0.9。故故 上式中 P 試驗機(jī)有效功率; 試驗機(jī)總效率;試驗機(jī)所需功率。查閱電機(jī)手冊結(jié)合實際情況選擇選擇電動機(jī)額定功率。為了試驗機(jī)的傳動比不至于太大,故選擇初步選擇同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動機(jī),所以電動機(jī)的型號為:Y90S-6三相異步電動機(jī),其技術(shù)參數(shù)如下所示:額定功率同步轉(zhuǎn)速1000r/min滿載轉(zhuǎn)速910r/min額定轉(zhuǎn)矩2.0最大轉(zhuǎn)矩2.0 (2)傳動裝置總傳動比的計算及其分配查詢機(jī)械設(shè)計手冊,選擇螺距為10mm的普通絲桿已知橫梁的最大速度為300mm/min,則求得此時的絲杠轉(zhuǎn)速 式中: V絲杠速度,mm/min; P絲杠螺距,mm。根據(jù)上面所選定的電動機(jī),按照電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速及試驗機(jī)工作部分轉(zhuǎn) 速,可計算出傳動裝置的總傳動比。 再按照常用傳動機(jī)構(gòu)性能及適用范圍,初步選擇各個傳動部分傳動比如下:。 4.1.3 同步帶的選擇各級帶傳動的設(shè)計計算(1)各軸功率,轉(zhuǎn)速計算:一軸名義功率一軸轉(zhuǎn)速二軸名義功率二軸轉(zhuǎn)速三軸名義功率三軸轉(zhuǎn)速 (2)第一級帶傳動設(shè)計計算 選用弧齒同步帶,結(jié)構(gòu)工作面有圓弧齒,承載層為玻璃纖維或纖維繩芯的環(huán)形帶,基本定為氯化丁橡膠。受載后的應(yīng)力分布狀態(tài)較好,提高了承載能力,降低振動與噪聲。設(shè)計功率 為工況系數(shù),查表為同步帶傳動的名義功率(KW),為已知=1.7*0.735=1.25KW 在數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計中查表選出同步帶的型號為L型,再查表得到對應(yīng)節(jié)距=9.525mm,基準(zhǔn)寬度為25.4mm 確定帶輪齒數(shù)Z與直徑d由表可以查得小帶輪的最少許用齒數(shù)為12,確定小帶輪齒數(shù),大帶輪齒數(shù),小帶輪直徑,大帶輪直徑如下: 小帶輪齒數(shù)=20 大帶輪齒數(shù)=20*3=60 小帶輪直徑 大帶輪直徑 選擇同步帶長度:根據(jù)初選中心距A計算同步帶長度初選中心距A=211mm (4-4) =405.65+190.49+33.86 =630mm 根據(jù)查表可得同步帶長度=619.13mm,同步帶型號為244L,齒數(shù)為65。 計算實際傳動中心距A:根據(jù)所選擇的標(biāo)準(zhǔn)帶長求出實際中心距A。 (4-5)其中, 選擇帶寬:選擇帶寬的目的是限制作用在同步帶整個寬度上的拉力,以保證同步帶的強度和使用壽命,使其在工作時不發(fā)生時效。計算步驟如下。 根據(jù)帶型、小帶輪齒數(shù)及轉(zhuǎn)速由表查得對應(yīng)同步帶基準(zhǔn)寬度=25.4mm及基準(zhǔn)額定功率=0.77kw。 計算同步帶傳動的嚙合齒數(shù): 。 計算嚙合齒數(shù)系數(shù):當(dāng)時,有,確定齒寬系數(shù);此時,帶寬尚未確定,由該式可建立帶寬與基準(zhǔn)帶寬的關(guān)系。 確定額定功率P:, 選擇帶寬:根據(jù)設(shè)計要求,同步帶傳動的設(shè)計功率應(yīng)小于所選帶型的額定功率,并且要考慮標(biāo)準(zhǔn)帶寬的值應(yīng)大于計算帶寬的值。帶寬的計算公式如下:mm根據(jù)查表選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬25.40mm,代號100。 一級同步帶傳動設(shè)計計算的主要結(jié)果構(gòu)成:同步帶:型號為L,節(jié)距,齒數(shù),帶長=619.13mm代號244L;帶輪:齒數(shù)=20,=60,直徑60.67mm,182mm;中心距A=211.35mm。 按照相同的計算方法可得二、三級同步帶傳動設(shè)計的主要結(jié)果構(gòu)成如下:二級同步帶傳動設(shè)計計算的主要結(jié)果構(gòu)成:同步帶:型號為L,節(jié)距,齒數(shù),帶長=933.45mm,代號367L;帶輪:齒數(shù)=20,=40,直徑60.67mm,121.34mm;中心距A=338mm。三級同步帶傳動設(shè)計計算的主要結(jié)果構(gòu)成:同步帶:型號為L,節(jié)距,齒數(shù),帶長=1257.30mm,代號495L;帶輪:齒數(shù)=20,=100,直徑60.67mm,303.34mm;中心距A=334.5mm。4.2 非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計 4.2.1 軸的選用 本設(shè)計中總共涉及到兩根軸的選用,在實驗機(jī)傳動系統(tǒng)中主要承受徑向力,即主要受彎扭作用經(jīng)過校核之后均滿足條件。4.2.2 機(jī)架零件的選擇機(jī)器的全部重量將通過機(jī)架傳至基礎(chǔ)上,機(jī)架還具有承載機(jī)器工作時的作用力和使用機(jī)器穩(wěn)定在基礎(chǔ)上的作用。對機(jī)架提出下列基本要求:(1) 足夠的強度和剛度。本試驗機(jī)就是用角鋼和槽鋼通過焊接在一起而構(gòu)成基本骨架的。(2) 形狀簡單,便于制造。(3) 便于在機(jī)架上安裝附件等。對于帶有箱體、導(dǎo)軌的機(jī)架零件,還應(yīng)有良好的耐磨性,以保證機(jī)器零件有足夠的使用壽命,當(dāng)然,對于高速機(jī)器的機(jī)架零件還應(yīng)滿足振動穩(wěn)定性的要求。剛度和強度是評定機(jī)器零件的工作能力的基本準(zhǔn)則。機(jī)架零件由于它形狀復(fù)雜,受外界因素的影響有很多,因此很難用數(shù)學(xué)分析方法準(zhǔn)確計算機(jī)架中的應(yīng)力和變形,在設(shè)計時通常都先根據(jù)機(jī)器工作要求和類似相近的機(jī)器擬訂機(jī)架結(jié)構(gòu)和尺寸。 第5章 電子萬能試驗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計5.1 微機(jī)測控集散系統(tǒng) 電子萬能試驗機(jī)控制系統(tǒng),由載荷測量系統(tǒng)、光電測量系統(tǒng)、標(biāo)距變形測量系統(tǒng)、智能伺服系統(tǒng)和萬比一的高精度鎖相環(huán)數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)組成,整個系統(tǒng)由5個8031單片機(jī)和1臺系統(tǒng)計算機(jī)組成,使系統(tǒng)有測量速度快、自動化程度高、高度智能化且具有無限的靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)試驗功能等特點。 5.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總框圖如圖5.1,其中P代表載荷,L代表試樣變形,D代表橫梁位移,S代表伺服系統(tǒng)的運行速度。在試驗過程中,系統(tǒng)必須對上述變量進(jìn)行不斷地采集,分析,縮減,并及時顯示和打印試驗結(jié)果。為了探求材料的正確試驗數(shù)據(jù),系統(tǒng)還必須為試驗過程造就合適的試驗條件,也就是對6個量(P,L,D,)加以定值和定界控制,為了使載荷、變形、拉移按照給定的規(guī)律變化,要求伺服系統(tǒng)有函數(shù)的設(shè)定、產(chǎn)生和伺服的功能。為了提高系統(tǒng)的可靠性,系統(tǒng)計算機(jī)與各子系統(tǒng)之間的通訊采用串行通訊。如圖所示,機(jī)械部分由上下夾具體、移動橫梁、傳動滾珠絲杠、減速器、伺服電機(jī)、機(jī)架等部分組成,電氣系統(tǒng)包括測力系統(tǒng)P,變形測量系統(tǒng)L,位移測量系統(tǒng)D,和伺服系統(tǒng)S,通訊接口C以及1臺系統(tǒng)計算機(jī)LASER-500組成集散系統(tǒng),小型繪圖機(jī)和顯示器等外部設(shè)備,P,L,D均有模擬量輸出,可以接到X-Y函數(shù)記錄儀上,系統(tǒng)計算機(jī)LASER-500通過通訊口C與各分機(jī)相聯(lián)結(jié)。圖5.1 電子萬能試驗機(jī)控制系統(tǒng)總框圖 5.1.2 各子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)(1) 載荷測量系統(tǒng)如圖5.2所示為載荷測量系統(tǒng),精密的應(yīng)變式載荷傳感器,由精度達(dá)萬分之一的交流電源供電,傳感器的輸出信號輸入到用坡莫合金制成的精密儀表輸入變壓器,將微弱的輸入信號電壓升壓近10倍,經(jīng)過精心設(shè)計的高度精密的儀表放大器放大后再經(jīng)過相敏整流和濾波而得到5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓,這個電壓將送到4個不同的電子部件去進(jìn)行控制和處理。1) 經(jīng)衰減器送入模擬記錄儀進(jìn)行曲線描繪;2) 通過電壓跟隨器送到伺服系統(tǒng)去進(jìn)行速度控制;3) 送到稱為破斷檢器的電子線路,能在試樣破斷時產(chǎn)生邏輯信號;4) 送到13位的精密A/D變換器AD7550,將模擬信號及時轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,通過接口電路8155進(jìn)入8031的數(shù)據(jù)總線。8031單片機(jī)有4KB的EPROM以存儲處理程序,用8位的數(shù)碼顯示器顯示載荷的即時數(shù)值和有關(guān)的字符,5位數(shù)碼顯示器顯示和保留載荷的最大值,串行通訊口連入通訊總線,若干按鍵和開關(guān),一個有發(fā)出各種操作命令和設(shè)置運行狀態(tài)。此外,8155還有來自傳感器的代碼,讓8031能自動識別用戶現(xiàn)在使用的是什么容量的傳感器。圖5.2 載荷測量系統(tǒng)(2) 變形測量系統(tǒng)如圖5.3標(biāo)距變形測量系統(tǒng),在原理上與載荷測量系統(tǒng)基本相似,不同之處在于:1)變形測量系統(tǒng)沒有檢測試樣斷裂的破斷檢測器;2)沒有最大值存儲和顯示電路;3)輸入傳感器不是測力傳感器,而是一種反映試樣標(biāo)距變形的應(yīng)變計式引伸計。圖5.3 變形測量系 (3) 光電位移測量系統(tǒng)如圖5.4光電位移測量系統(tǒng),為了測量橫梁移動的距離,廣泛使用安裝在滾珠絲杠上的光電脈沖發(fā)生器來連續(xù)測量絲杠的轉(zhuǎn)角以間接測量橫梁位移,它是在一片圓形玻璃片上,按其圓周方向刻上1000條刻線,當(dāng)有光線由上向下通過時,會在下面的光欄板上產(chǎn)生明暗條紋;當(dāng)圓片轉(zhuǎn)動時,會使安裝在其上的光敏元件產(chǎn)生電脈沖,利用8031產(chǎn)生中斷來進(jìn)行計數(shù),這樣就能記下絲杠連續(xù)轉(zhuǎn)過的角度,從而得知橫梁移動的距離。不過,實際的系統(tǒng)要比上述說明的復(fù)雜得多,為了辨別絲杠的旋轉(zhuǎn)方向,玻璃盤上有兩圈互相相差四分之一節(jié)距的刻線(電氣上相差90度),送到8031的是兩列互相相差90度的電脈沖,分別稱為正弦脈沖和余弦脈沖,依靠判別兩者的相位差是正90度還是負(fù)90度,就可以判別絲杠是在作順時針方向旋轉(zhuǎn)還是反方向旋轉(zhuǎn),8031就根據(jù)這些信號,進(jìn)行一系列的邏輯運算,準(zhǔn)確得到橫梁的當(dāng)前位置的。位移系統(tǒng)有一片4KB的EPROM用來存儲程序;有1片ADC1210再將數(shù)字變換為模擬電壓,以供X-Y記錄儀進(jìn)行曲線描繪;此外還有1個8位的數(shù)碼顯示器,顯示位移的及時值和一些有關(guān)的信息;還有若干按鈕和開關(guān),用以接收操作者的命令和設(shè)置機(jī)器的工作狀態(tài);還有通訊線接至通信總線。圖5.4 光電位移測量系統(tǒng)(4) 智能伺服系統(tǒng)智能伺服系統(tǒng)是整個運動系統(tǒng)的指導(dǎo)中心,對于系統(tǒng)的綜合性能起著決定性的作用。在集散系統(tǒng)中,它是除計算機(jī)外的第二個主設(shè)備、除CPU 8031 和 4KB的EPROM以外還有下列部件: 1)數(shù)字函數(shù)發(fā)生器利用CPU的定時中斷,產(chǎn)生數(shù)字時間函數(shù)f(t),再通過DAC1210,將它變換為成比例的模擬電壓去控制鎖相環(huán)伺服系統(tǒng),這樣就可以使系統(tǒng)的載荷或變形按照給定的規(guī)律變化。 2)速度控制接口一片8155送出21條控制線送到鎖相環(huán)的數(shù)字輸入端,以控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為1rpm到1000rpm,調(diào)速范圍是10000:1,并指揮它的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。3)定界控制部分兩組長5位的十進(jìn)制撥碼開關(guān),一組用于MAX定值控制,一組用于MIN定值控制,再通過開關(guān)選擇P,L,D以決定是對P,或L,或D進(jìn)行定界。4)速度給定部件3組3位的撥碼開關(guān)A,B,C分別用作3位有效數(shù)字的低,中,高三種預(yù)選速度,以等待操作者隨時使用。5)鍵盤和功能選擇開關(guān)用8個質(zhì)地優(yōu)良的按鍵,6個用來控制A,B,C三種速度的上下運行,一個用作停止操作,還有1個稱為“保持”的按鈕,用以快速將載荷或變形保持在一固定的數(shù)值上。用一個8位的琴鍵開關(guān)選擇整個系統(tǒng)的特定功能。用一個3位的琴鍵開關(guān)選擇dP/dt,dL/dt或dD/dt以造就一種特定的試驗環(huán)境。循環(huán)計數(shù)系統(tǒng)一個4位的顯示器,用以顯示低周循環(huán)的次數(shù)。 6) 故障檢測和報警系統(tǒng)為保證操作和系統(tǒng)的安全,我們按照有限自動機(jī)(FAM)的原理,利用8031的定時器1設(shè)計了故障檢測和報警系統(tǒng),它每100ms循檢一次系統(tǒng)故障和臨界狀態(tài),并在顯示器上顯示出來,如閃動的OrP表示測力系統(tǒng)過量程,而GP則表示傳感器過載,Ud表示橫梁運動達(dá)到上限,dd表示橫梁運動已到達(dá)下限等等,任何時刻一旦檢出故障或臨界狀態(tài),喇叭會發(fā)出“的的的”的叫聲,以提醒操作者。 7) 通訊診斷系統(tǒng)在功能鍵上有“INTST”的鍵,可以再通過MAX開關(guān)選擇,在循環(huán)計數(shù)器上顯示P,L,D的即時數(shù)值,如果通訊有什么問題,會顯示出來相應(yīng)的錯誤代碼,如ErC2表示“呼叫目標(biāo)失敗”,而ErC3則表示“對方回答非法口令”等。系統(tǒng)如圖5.5所示:圖5.5智能伺服系統(tǒng)(5) 智能通訊接口 如圖5.6智能通訊接口,由于LASER-500沒有串行口,因此需要有特別的通訊口,與LASER-500進(jìn)行并行通訊,而與系統(tǒng)的串行總線進(jìn)行串行通訊,如圖 所示,一片8031 CPU 和2KB的EPROM帶有8155的接口芯片和總線驅(qū)動電路,還有2個LED顯示總線的忙閑狀態(tài)各數(shù)據(jù)線狀態(tài),由于有8031和EPROM,就可以設(shè)計成智能通訊口。圖5.6智能通訊接口(6) 鎖相環(huán)數(shù)字調(diào)整系統(tǒng)加載系統(tǒng)有2.2KW的高性能直流伺服電機(jī)。三相電源通過整流器和濾波器變?yōu)槠椒€(wěn)的直流電壓,用4組大功率三極管控制馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向和速度,有旋轉(zhuǎn)變壓器,其兩相定子繞組通以固定頻率的互相相差90度的正余弦電流,從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,其轉(zhuǎn)子與電機(jī)的主軸同步旋轉(zhuǎn),因此只有旋轉(zhuǎn)磁場的矢向與電機(jī)主軸的矢向完全相同時,鎖相電路才沒有輸出,只要有微小的相位差,就會迫使系統(tǒng)產(chǎn)生強大的校正作用,以減少這個相位差,因此不僅電機(jī)的轉(zhuǎn)速不能變化連相位也不能變化,這樣就可以達(dá)到高精度和深調(diào)速的目的。鎖相電路的輸出,可以斷開而轉(zhuǎn)接到函數(shù)發(fā)生器f(t)與載荷或變形比較后的模擬誤差信號上來,這樣就可以使試驗過程中的載荷或變形要按給定的f(t)進(jìn)行變化了。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖5.7所示以上各系統(tǒng)都有各自的軟件系統(tǒng),它們具有如下共同點:1) 直讀數(shù)字化,力值以10N位單位,變形或位移以mm為單位;2) 通訊過程以二進(jìn)制代碼進(jìn)行,采用187.5kbps的速率,一個通訊過程僅需50us的時間;3) 充分利用8031的中斷資源,以實現(xiàn)系統(tǒng)的實時性和并行性;4) 完整的診斷和報警系統(tǒng),以提高系統(tǒng)的可靠性;5) LASER-500的BASIC用2KB的機(jī)器碼進(jìn)行改造,有180多條擴(kuò)展命令供用戶使用,使用戶只需用高級語言進(jìn)行編程。共 37 頁 第 37 頁 圖5.7 鎖相環(huán)數(shù)字調(diào)整系統(tǒng)5.2 測量控制器該試驗機(jī)采用PSC2A 測量控制器,它能對試驗機(jī)的力、變形、位移或其他輸入量進(jìn)行測量和做各種閉環(huán)控制;可以實現(xiàn)各種閉環(huán)控制下的正弦波、三角波、梯形波或任意組合波形。它在秉承計算機(jī)的高速、穩(wěn)定和成熟的軟硬件資源基礎(chǔ)上,硬件上率先采用先進(jìn)的即插即用特性的PCI 總線板卡結(jié)構(gòu)和大規(guī)??删幊藽PLD 電路,軟件采用設(shè)備驅(qū)動程序和動態(tài)鏈接庫相配合,形成了測量精確、控制穩(wěn)定、界面友好、可擴(kuò)展性強、高速運算和高速傳輸?shù)男乱淮臏y量控制器。PSC2A測量控制器有以下幾個突出特點。(1) 運算速度快由于該控制器和計算機(jī)共享CPU 資源,因此計算機(jī)的CPU 就是PSC2A 控制器的CPU ,這樣的速度可以充分保證控制器在進(jìn)行測量和伺服控制時的精確、高速與高效。 (2) 傳輸、采樣速率快PCI 總線的峰值采樣速率是132M/ s ,由于該控制器采用PCI 總線技術(shù),使控制器具有傳輸速率高和采樣速率高的特點,這使得試驗機(jī)在保證200000碼高分辨率的同時,可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的采集。目前試驗軟件最終采樣速率可以達(dá)到400 點/ s , 可以充分滿足用戶高速采樣的個性需要。(3) 擴(kuò)展性強該控制器最多可以擴(kuò)充11 個通道的模擬或數(shù)字通道信號, 每個通道可以插任意多個傳感器,使試驗機(jī)的應(yīng)用范圍有了非常大的提高。(4) 傳感器即插即用技術(shù)這包括兩方面獨有技術(shù):1)在用戶擁有多個傳感器的時候,經(jīng)常需要更換傳感器,如果不具備傳感器自動識別技術(shù),用戶容易因疏忽損壞傳感器。PSC2A 控制器獨具的傳感器自動識別技術(shù),在傳感器插上后就可以自動識別新插的傳感器,無需任何其他設(shè)置,可以100 %的消除這種隱患。2)傳感器在經(jīng)過一次標(biāo)定后,可以插在任何一路放大器板上立即使用,無需重新標(biāo)定,真正實現(xiàn)了即插即用的功能。(5) 非線性校正技術(shù)采用非線性校正技術(shù),使得該控制器不僅對線性良好的傳感器能精確測量,而且對在量程的1 %處有比較明顯非線性誤差的液壓傳感器和引伸計也能精確測量,使傳感器在小量程的測試精度有了很大提高。(6)“一鍵飛梭”結(jié)構(gòu)手動盒上獨具特色的“一鍵飛梭”結(jié)構(gòu),可以在一個手輪飛梭上實現(xiàn)加速、減速、急停功能,使用戶對試驗機(jī)的操作非常方便,“升”“降”鍵具有從低至高4 級變速功能。 (7) 高分辨率的放大器由于采用了24 位AD 轉(zhuǎn)換芯片,并采用了國內(nèi)領(lǐng)先的交流放大核心測量技術(shù),使負(fù)荷、變形的測量結(jié)果達(dá)到了200 000 碼的分辨率。(8) 功能強大的ADJ UST 軟件參數(shù)化設(shè)計思想設(shè)計的ADJ UST 調(diào)試軟件將電子萬能試驗機(jī)的所有傳感器參數(shù)、機(jī)械參數(shù)、控制參數(shù)、PID 參數(shù)的設(shè)置、修改、存儲融于一身,并結(jié)合功能強大的實時曲線繪制,輕松的實時調(diào)試、修改PID 參數(shù),并可以對負(fù)荷、變形、位移等傳感器進(jìn)行標(biāo)定。(9) 模糊控制技術(shù)與增量式雙閉環(huán)控制技術(shù)在經(jīng)典的PID 控制基礎(chǔ)上,融合了模糊控制技術(shù),在試驗過程中可以實現(xiàn)力、變形、位移三閉環(huán)控制量的穩(wěn)定控制和相互平滑過渡。(10) 開機(jī)自診斷系統(tǒng)和完善的軟硬件保護(hù)功能能自動對PSC2A 控制器內(nèi)的硬件和軟件參數(shù)進(jìn)行診斷, 及時發(fā)現(xiàn)控制器問題, 保證控制器穩(wěn)定運行。并可以提供驅(qū)動系統(tǒng)過流、整機(jī)超載、破斷停機(jī)、動橫梁位置極限保護(hù)、實時電路保護(hù)以及超控制偏差保護(hù)等。結(jié) 論此次設(shè)計是電子萬能試驗機(jī)的設(shè)計。首先針對于電子萬能試驗機(jī)的概述查閱的大量的有關(guān)文獻(xiàn),總結(jié)出國內(nèi)外電子萬能試驗機(jī)的發(fā)展趨勢以及電子萬能試驗機(jī)的特點與分類。并根據(jù)設(shè)計參數(shù)及設(shè)計要求制定出電子萬能試驗機(jī)的總體設(shè)計方案和一些主要零部件的初步選擇。其次通過對電子萬能試驗機(jī)的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和運行機(jī)構(gòu)部分的總體設(shè)計計算,特別是傳動部分的設(shè)計計算以及電動機(jī)選用和零部件符合要求的驗算,完成了電子萬能試驗機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)和運行機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計,并繪制出一張A0電子萬能試驗機(jī)總裝圖、一張A0下傳動機(jī)構(gòu)圖、一張A0控制系統(tǒng)圖等共三張0號圖紙和三張2號圖紙。最后通過一系列的設(shè)計,滿足了試驗力測量范圍0-100KN,試驗速度0.06-300mm/min,最大量程800mm,速度精度0.5%等設(shè)計要求,并且整個試驗運行過程比較平穩(wěn),且傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、拆裝方便、維修容易且經(jīng)濟(jì)實用。致 謝此次畢業(yè)設(shè)計把大學(xué)三年來的理論知識復(fù)習(xí)、總結(jié)并應(yīng)用于實踐當(dāng)中,讓我對工程機(jī)械特別是電子萬能試驗機(jī)有了更深入的了解,從整體結(jié)構(gòu)到各個部件都有了一個全面的認(rèn)識。此次設(shè)計不但是對我們以前學(xué)習(xí)的一種深入,更是我們今后工作的一種理論基礎(chǔ)。在設(shè)計過程中,得到了侯越謙老師的耐心指導(dǎo)和大力幫助,導(dǎo)師為論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見,為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。在老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、不斷探索的科研作風(fēng),敏銳深邃的學(xué)術(shù)洞察力,孜孜不倦的敬業(yè)精神,特別是老師教導(dǎo)我們“有個正確的選擇”給我留下了深刻的印象,使我受益良多。在本文結(jié)束之際,特向我敬愛的導(dǎo)師致以最崇高的敬禮和深深的感謝!在我撰寫論文期間,得到了學(xué)院多位老師和同學(xué)的幫助,給予我專業(yè)知識上的指導(dǎo),而且教給我學(xué)習(xí)的方法和思路,使我在論文寫作過程中不斷有新的認(rèn)識和提高,這使我意識到團(tuán)隊精神不管是在現(xiàn)在還是在將來都是十分重要的。在此,衷心的感謝給予建議和幫助的各位老師和同學(xué)!以及感謝百忙中抽空指導(dǎo)評審本論文的評閱老師和答辯委員會的老師!參考文獻(xiàn)1 譚慶昌 趙洪志主編.機(jī)械設(shè)計. 北京:高等教育出版社.2004.7 2 聶毓琴 孟廣偉主編.材料力學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.2 3 孫桓 陳作模 葛文杰主編.機(jī)械原理.北京:高等教育出版社出版.2005.124 鄧星鐘主編.機(jī)電傳動控制.武漢 :華中科技大學(xué)出版社.2001.35 孫桓主編.機(jī)械原理.北京 :高等教育出版社.2006.5 6 王中發(fā) 吳宗澤主編.實用機(jī)械設(shè)計.北京:北京理工大學(xué)出版社.1998.27 吳宗澤 羅圣國主編.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊(第三版).北京:高等教育出版社.2006 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